NOVOS COMPLEXOS BINUCLEARES NÃO-SIMÉTRICOS DE …

FERNANDO ROBERTO XAVIER

NOVOS COMPLEXOS BINUCLEARES NÃO-SIMÉTRICOS DE

FERRO(III)COBALTO(II) E DE GÁLIO(III)COBALTO(II) COMO

MODELOS MIMÉTICOS PARA AS FOSFATASES ÁCIDAS

PÚRPURAS METALO-SUBSTITUÍDAS

Dissertação apresentada ao Programa de

Pós-Graduação em Química, Departamento

de Química, Centro de Ciências Físicas e

Matemáticas, Universidade Federal de Santa

Catarina, como requisito parcial para a

obtenção do título de Mestre em Química.

Área de concentração: Química Inorgânica

Orientador: Prof. Dr. Ademir Neves

Florianópolis

2006

Xavier, Fernando Roberto Novos Complexos Binucleares Não-Simétricos de Ferro(III)Cobalto(II)e de Gálio(III)Cobalto(II) Como Modelos Miméticos Para as FosfatasesÁcidas Púrpuras Metalo-Substituídas / Fernando Roberto Xavier.-Florianópolis: UFSC / Programa de Pós Graduação em Química, 2006.

xxv, 158 f. : il. ; 31 cm. Orientador: Ademir Neves Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Santa Catarina,

UFSC, Programa de Pós-graduação em Química, 2006. Referências Bibliográficas: f 131-144.

1. Bioinorgânica. 2. Fosfatases Ácidas Púrpuras. 3. Complexos Modelos – Dissertação, Neves, Ademir, Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Programa de Pós-graduação em Química.

FERNANDO ROBERTO XAVIER

Novos Complexos Binucleares Não-Simétricos de

Ferro(III)Cobalto(II) e de Gálio(III)Cobalto(II) Como

Modelos Miméticos Para As Fosfatases Ácidas

Púrpuras Metalo-Substituídas

Esta tese foi julgada e aprovada para a obtenção do título de Mestre em

Química no Programa de Pós-Graduação em Química da

Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

Florianópolis, fevereiro de 2006.

_____________________________ Prof. Dr. Faruk José Nome Aguilera

Coordenador do Programa BANCA EXAMINADORA

Dedico este trabalho aos meus pais

Valcioni e Suzana por me ensinarem a

buscar sempre mais; e a Cristiane pelo

amor e paciência maiores que a

distância.

AGRADECIMENTOS

À minha familia, por toda a dedicação, estímulo, compreensão e amparo

despendido nestes anos de estudo.

À minha tia e Madrinha Fátima, pelo total apoio, valorosas discussões e o

incansável estímulo aos estudos.

Ao Professor Dr. Ademir Neves pela amizade, entusiamo de sua orientação

e constante presença no decorrer da elaboração deste trabalho.

Aos professores Drs. Adailton J. Bortoluzzi, Bruno Szpoganicz e Valderes

Drago pelas colaborações (análises) e discussões pertinentes a este trabalho.

Aos professores Faruk Nome, Augusto S. Ceccato, Norberto S. Gonçalves

e Hernán Terenzi pelas dicussões e amizade.

A Dra. Rosely A. Peralta pela amizade, atenção, apoio e “co-orientação”

não só durante a realização deste trabalho, mas como uma pessoa muito especial

que levo “no lado esquerdo do peito”!

Aos doutorandos e amigos Annelise Casellato e Rafael J. de Souza pela

direta e fundamental colaboração neste trabalho.

Aos amigos do LABINC: Ricardo, Tiago, Fernando, “dos Anjos”, Renatinha,

Nicolás, Geovana, Elaine, Vítor, Alexandre e Maryene pelas conversas,

brincadeiras e amizade, fazendo do ambiente de trabalho um local agradável e

propício a discussões e troca de experiências. Aos ex-colegas de LABINC: Mau,

Má e Ale por, de uma forma ou de outra, estarem sempre por perto mesmo à

distância.

Aos amigos da pós e antigos amigos da graduação: Paula, Gizelle, Thiago,

Renata, Vanessa e Cristiano Giacomelli, Marcelo Silva, Marlon e Fábio pelo

companheirismo e festas durante esses anos de estudo.

Aos amigos de Chapecó e os conquistados em Florianópolis pela presença

e força em todas as horas.

Ao Departamento de Química e à Pós-Graduação em Química da

Universidade Federal de Santa Catarina, pela acolhida e oportunidade de

realização deste trabalho.

Ao CNPq e demais órgãos de fomento por viabilizarem a execução deste

trabalho.

“O mais belo sentimento é o sentido do

mistério. É a origem de toda a ciência

verdadeira. Quem jamais conheceu esta

emoção, quem não possui o dom da

admiração é como se estivesse morto:

Seus olhos estão cerrados”.

Albert Einstein (1879-1955)

SUMÁRIO

SUMÁRIO................................................................................................................6

LISTA DE FIGURAS .............................................................................................10

LISTA DE TABELAS .............................................................................................15

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS............................................19

RESUMO...............................................................................................................22

ABSTRACT ...........................................................................................................24

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................26

1.1 A QUÍMICA BIOINORGÂNICA ...........................................................26

1.2 O PAPEL DOS METAIS NAS METALOENZIMAS E AS PROTEÍNAS

COMO LIGANTES..............................................................................30

1.3 MODELOS E ANÁLOGOS SINTÉTICOS EM QUÍMICA

BIOINORGÂNICA...............................................................................31

1.4 AS FOSFATASES ÁCIDAS PÚRPURAS...........................................33

1.4.1 COMPLEXOS MODELOS PARA AS FOSFATASES ÁCIDAS

PÚRPURAS........................................................................................43

2 OBJETIVOS .......................................................................................48

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL......................................................................48

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..............................................................48

3 PARTE EXPERIMENTAL...................................................................49

3.1 MATERIAIS, MÉTODOS E INSTRUMENTAÇÃO ..............................49

3.1.1 MATERIAIS ........................................................................................49

3.1.2 MÉTODOS E INSTRUMENTAÇÃO ...................................................50

3.1.2.1 Análise elementar de C, H e N ............................................................50

3.1.2.2 Condutimetria ......................................................................................50

3.1.2.3 Espectroscopia no infravermelho - IV..................................................50

3.1.2.4 Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio ...51

3.1.2.5 Espectroscopia eletrônica – UV/Vis/IVP..............................................51

3.1.2.6 Eletroquímica.......................................................................................51

3.1.2.7 Difratometria de Raios X .....................................................................52

3.1.2.8 Espectroscopia Mössbauer .................................................................52

3.1.2.9 Titulação potenciométrica....................................................................53

3.1.2.10 Reatividade .........................................................................................54

3.2 SÍNTESE DO LIGANTE......................................................................57

3.2.1 SÍNTESE DO 2-CLOROMETIL-4-METIL-6-FORMILFENOL – CMFF57

3.2.2 SÍNTESE DO N-BIS-(2-PIRIDILMETIL)AMINA – BPMA ....................62

3.2.3 SÍNTESE DO N-(2-HIDROXIBENZIL)(2-PIRIDILMETIL)AMINA –

HBPA..................................................................................................64

3.2.4 SÍNTESE DO 2-[N-BIS-(2-PIRIDILMETIL)AMINOMETIL]-4-METIL-6-

FORMILFENOL – BPMAMFF............................................................66

3.2.5 SÍNTESE DO CLORIDRATO DE 2-[N-BIS-(2-

PIRIDILMETIL)AMINOMETIL] -4-METIL-6-CLORO METILFENOL -

BPMAMCF.HCL .................................................................................68


N’-[(2-PIRIDILMETIL)(2-HIDRÓXI-BENZIL)AMINOMETIL]FENOL –

H2BPBPMP.........................................................................................72

3.3 SÍNTESE DOS COMPLEXOS............................................................74

3.3.2 SÍNTESE DO COMPLEXO PERCLORATO DE {2-[N-BIS-(2-PIRIDIL

METIL) AMINOMETIL] - 4 - METIL - 6 - N ’- [(2-PIRIDILMETIL) (2-

HIDRÓXIBENZILAMINOMETIL] - μ - FENOXO} - DI - μ - ACETATO-

COBALTO(II)FERRO(III) DIHIDRATADO – [FeIIICoII(BPBPMP)( μ-

OAc)2]ClO4 . 2 H2O – 1 .......................................................................74


METIL) AMINOMETIL] - 4 - METIL - 6 - N ’- [(2-PIRIDILMETIL)(2-

HIDRÓXIBENZILAMINOMETIL] - μ - FENOXO} - DI - μ - ACETATO-

COBALTO(II)GÁLIO(III) HIDRATADO – [GaIIICoII(BPBPMP)( μ-

OAc)2]ClO4 . H2O – 2 ..........................................................................75

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO..........................................................76

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO LIGANTE....................................................76

4.1.1 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO - IV..............................77

4.1.2 ESPECTROSCOPIA DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR

DE HIDROGÊNIO - RMN 1H ..............................................................78

4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS COMPLEXOS ..........................................78

4.2.1 ANÁLISE ELEMENTAR DE C,H, e N.................................................79

4.2.2 CONDUTIMETRIA..............................................................................80

4.2.3 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO ....................................80

4.2.4 DIFRATOMETRIA DE RAIOS X.........................................................83

4.2.5 ESPECTROSCOPIA MÖSSBAUER ..................................................92

4.2.6 ESPECTROSCOPIA ELETRÔNICA ..................................................96

4.2.7 ELETROQUÍMICA............................................................................101

4.2.8 ESTUDO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO VIA POTENCIOMETRIA.......104

4.3 REATIVIDADE..................................................................................107

4.3.1 EFEITO DO pH NA REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP.......108

4.3.2 EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO NA REAÇÃO DE

HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP ............................................................111

4.3.3 EFEITO DE INIBIÇÃO NA REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP

.........................................................................................................118

4.3.4 PROPOSTA MECANÍSTICA PARA A HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP 120

5 CONCLUSÕES ................................................................................125

6 PERSPECTIVAS ..............................................................................128

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................131

APÊNDICES........................................................................................................145

DADOS CRISTALOGRÁFICOS..........................................................................145

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Contextualização da química bioinorgânica de acordo com as

adjacências e superposições de campos do conhecimento sob o ponto de vista de

um bioquímico1......................................................................................................27

Figura 2. Representação computacional da estrutura cristalina de raios X da

kbPAP a 2,65 Å de resolução. Sítios catalíticos da unidade dimérica em detalhe.7

..............................................................................................................................36

Figura 3. Estrutura cristalina do sítio ativo da kbPAP8 (esquerda) e ufPAP

(direita)12. ..............................................................................................................37

Figura 4. Esquema geral para o sítio ativo das PAPs de mamíferos e vegetais. .38

Figura 5. Mecanismo proposto por Klabunde7 e colaboradores para a hidrólise de

ésteres de fosfato promovida pelas PAPs.............................................................39

Figura 6. Intermediários propostos para a hidrólise de ésteres de fosfato

promovida pelas PAPs. A – Merkx e colaboradores27,28; B – Que e

colaboradores.29,30; e C – Schenk e colaboradores.33,34........................................40

Figura 7. Estrutura geral para ligantes binucleantes, onde R correspondem aos

braços pendentes contendo os grupos N,O-doadores. .........................................45

Figura 8. Fórmula estrutural do ligante heptadentado H2BPBPMP.76...................46

Figura 9. Espectro no IV do HMB em pastilha de KBr..........................................58

Figura 10. Espectro de RMN 1H do HMB em CDCl3.............................................59

Figura 11. Espectro no IV do CMFF em pastilha de KBr. .....................................60

Figura 12. Espectro de RMN 1H do CMFF em CDCl3...........................................61

Figura 13. Espectro no IV do BPMA em pastilha de KBr......................................63

Figura 14. Espectro de RMN 1H do BPMA em CDCl3. .........................................63

Figura 15. Espectro no IV do HBPA em pastilha de KBr. .....................................65

Figura 16. Espectro de RMN 1H do HBPA em CDCl3...........................................66

Figura 17. Espectro no IV do BPMAMFF em pastilha de KBr. .............................67

Figura 18. Espectro de RMN 1H do BPMAMFF em CDCl3. ..................................68

Figura 19. Espectro no IV do BPMAMHF em pastilha de KBr. .............................69

Figura 20. Espectro de RMN 1H do BPMAMHF em CDCl3...................................70

Figura 21. Espectro no IV do BPMAMCF.HCl em pastilha de KBr. ......................71

Figura 22. Espectro de RMN 1H do BMPAMCF.HCl em D2O...............................71

Figura 23. Espectro no IV do H2BPBPMP em pastilha de KBr. ............................73

Figura 24. Espectro de RMN 1H do H2BPBPMP em CDCl3..................................73

Figura 25. Representações dos cátions complexos de 1 e 2. ..............................76

Figura 26. Sobreposição espectral no IV de: (a) ligante livre e (b) complexos para

1 (figura superior) e 2 (figura inferior) em pastilha de KBr.....................................82

Figura 27. ORTEP93 do cátion complexo de 1. .....................................................84

Figura 28. ORTEP93 do cátion complexo de 2......................................................86

Figura 29. Variação da distância intermetálica (Å) FeIII... MII onde MII = Mn, Fe,

Co, Ni, Cu e Zn......................................................................................................90

Figura 30. Espectros Mössbauer para o complexo 1 sob a forma cristalina

(esquerda) e pulverizado (direita) a 298 K. ...........................................................93

Figura 31. Espectros eletrônicos em acetonitrila para o complexo 1 (5,0x10-5

mol.L-1; esquerda) e para o complexo 2 (1,0x10-3 mol.L-1; direita). .......................97

Figura 32. Espectros de reflectâcia difusa em KBr para o complexo 1 (esquerda)

e para o complexo 2 (direita).................................................................................98

Figura 33. Espectros eletrônicos em EtOH/H2O 70/30 % (V/V) (pH ~ 6,5) para os

complexos 1 (5,0x10-5 mol.L-1; esquerda) e 2 (1,0x10-3 mol.L-1; direita). ..............99

Figura 34. Sobreposição de espectros eletrônicos em acetonitrila* e em

condições de reatividade** para os compostos 1 (esquerda) e 2 (direita). *(1 -

5,0x10-5 mol.L-1 e 2 - 1,0x10-3 mol.L-1); **(CH3CN/H2O 50% V/V; pH 7,0; HEPES

0,1 mol.L-1; I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4); [C] = 4,0x10-5 mol.L-1). ................................100

Figura 35. Voltamogramas cíclicos com variação de velocidade de varredura

(figuras superiores) e voltamogramas de onda quadrada (pulso 30 mV, freqüência

60 Hz) (figuras inferiores) para os complexos 1 (esquerda) e 2 (direita) em

acetonitrila. Eletrólito: 0,1 mol.L-1 de TBAPF6; eletrodo de trabalho: platina;

referência: Ag/Ag+; contra-eletrodo: fio de platina; padrão interno: ferroceno.....102

Figura 36. Esquema ilustrativo da presença da barreira de Franck-Condon para o

processo redox CoII/CoIII presentes nos complexos 1 e 2. ..................................103

Figura 37. Diagrama de distribuição de espécies em função do pH para os

complexos 1 (esquerda) e 2 (direita), onde A = (HO)MIII(μ-OAc)CoII(OH2),

B = (HO)MIII(μ-OAc)CoII(OH2), C = (HO)MIII(μ-OH)CoII(OH2) e D = (HO)MIII

(μ-OH)MII(OH). ....................................................................................................105

Figura 38. Proposta para o equilíbrio entre espécies em solução (EtOH/H2O

70/30% V/V) observados nos complexos 1 e 2. ..................................................105

Figura 39. Esquema ilustrativo para a reação hidrolítica do substrato modelo 2,4-

BDNPP catalisada pelos complexos 1 e 2. .........................................................107

Figura 40. Gráficos de v0 em função do pH para as reações de hidrólise do 2,4-

BDNPP catalisadas pelos complexos 1 e 2 a 25oC sob as seguintes condições:

solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1; [2,4-BDNPP] = 5,0.10-3

mol.L-1; [tampões] = 0,05 mol.L-1 (MES, HEPES, CHES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

............................................................................................................................109

Figura 41. Curvas de saturação e gráficos de Lineweaver-Burk (inserções) para

as reações de hidrólise do 2,4-BDNPP catalisadas pelos complexos 1 e 2 a 25oC

sob as seguintes condições: solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5

mol.L-1; [BDNPP] = 6,67x10-4 – 6,0x10-3mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES);

I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).........................................................................................112

Figura 42. Acompanhamento espectrofotométrico em 400 nm da reação

estequiométrica (1:1) entre os complexos 1 (esquerda) e 2 (direita) e o substrato

2,4-BDNPP a 50 ºC sob as seguintes condições: solução CH3CN/H2O 1:1;

[complexo] e [BDNPP] = 4,0.10-5 mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1

mol.L-1 (LiClO4)....................................................................................................116

Figura 43. Acompanhamento espectrofotométrico em 445 nm da reação entre os

complexos 1 (direita) e 2 (esquerda) em condições de 50 vezes de excesso do

substrato 2,4-BDNPP em relação aos respectivos complexos a 25 ºC sob as

seguintes condições: solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1;

[BDNPP] = 2,0.10-3 mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1

(LiClO4)................................................................................................................117

Figura 44. Percentual de inibição por íons acetato (esquerda) e íons fosfato

(direita) da reação de hidrólise do 2,4-BDNPP catalisada pelos complexos 1 e 2 a

25 ºC. Condições vide seção 3.1.2.10, página 2.................................................118

Figura 45. Proposta para a formção da espécie cataliticamente ativa dos

complexos 1 e 2 em solução (titulação potenciométrica) e condições de

reatividade (pH 7,00)...........................................................................................121

Figura 46. Mecanismo proposto para a clivagem hidrolítica do 2,4-BDNPP

catalisados pelos complexos 1 ou 2 a 25oC sob as seguintes condições: solução

CH3CN/H2O 1:1; pH 7,00 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4). .............................122

Figura 47. Substratos modelos alternativos para o estudo mecanístico de reações

hidrolíticas catalisadas pelos complexos 1 e 2....................................................129

Figura 48. ORTEP do Cátion Complexo [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]+. ................145

Figura 49. ORTEP do Cátion Complexo [GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]+.................152

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Funções biológicas de alguns íons metálicos selecionados4. ...............29

Tabela 2. Principais bandas e atribuições,100 em cm-1, do espectro no

infravermelho para o ligante H2BPBPMP. .............................................................77

Tabela 3. Deslocamentos químicos observados no espectro de RMN 1H

(esquerda) e atribuições100 (direita) para o composto H2BPBPMP. ......................78

Tabela 4. Porcentagens de C, H e N para os complexos 1 e 2 via análise

elementar. .............................................................................................................79

Tabela 5 – Resultados da condutimetria para os complexos 1 e 2 em CH3CN. ...80

Tabela 6. Principais bandas e atribuições em cm-1 dos espectros no infravermelho

para os complexos 1 e 2.100,102..............................................................................81

Tabela 7. Dados Cristalográficos selecionados para os complexos 1 e 2. ...........83

Tabela 8. Principais distâncias interatômicas (Å) e ângulos (°) de ligação para os

cátions complexos 1 e 2. ...........................................................................................85

Tabela 9. Tabela comparativa entre distâncias interatômicas (Å) e ângulos (º) de

ligação selecionados para os complexos com unidade estrutural

[FeIIIMII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 onde 1 = FeIIIMnII 76, 2 = FeIIIFeII 63, 3 = FeIIICoII,

4 = FeIIINiII 78, 5 = FeIIICuII 34 e 6 = FeIIIZnII 81..........................................................89



[GaIIIMII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 onde 1 = GaIIIFeII 85, 2 = GaIIICoII, 3 = GaIIINiII 86,

4 = GaIIIZnII 79.........................................................................................................91

Tabela 11. Faixas de valores para deslocamento isoméricos (δ) refletidos por

variadas espécies de núcleos Mössbauer:103........................................................93

Tabela 12. Resultados obtidos via espectroscopia Mössbauer de 57Fe para o

núcleo de ferro presente no complexo 1 nos estados: (a) cristalino e (b)

pulverizado. ...........................................................................................................94

Tabela 13. Máximos de absorção (λmáx) e coeficiente de absortividade molar (ε)

para os complexos em acetonitrila, acetonitrila/água, etanol/água e KBr. ............96

Tabela 14. Potenciais redox determinados através de voltametria cíclica (VC) e

voltametria de onda quadrada (OQ) para os complexos 1 e 2. ...........................101

Tabela 15. Valores de pKa, e pH para os percentuais máximos das espécies em

solução, para os complexos 1 e 2. ......................................................................104

Tabela 16. Comparação dos valores de pKas potenciométricos para os complexos

MIIIMII a seguir: FeIIICoII, FeIIINiII 78, FeIIICuII 34, FeIIIZnII 81, GaIIICoII, GaIIINiII 86,

GaIIICuII 79 e GaIIIZnII 79.........................................................................................106

Tabela 17. Valores encontrados para o “pH ótimo” dos complexos 1 e 2 e a

correlação entre pKa cinéticos e pKa potenciométricos onde as constantes índices

subescritos 1 e 2 refletem a coordenação da molécula de água aos sítios tri e

divalentes, respectivamente. ...............................................................................110

Tabela 18. Parâmetros cinéticos obtidos nas reações de hidrólise do 2,4-BDNPP

para os complexos 1, 2 e A81 – [FeIIIZnII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. Condições:

Solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1; [BDNPP] = 6,67x10-4 –

6,0x10-3mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).........113

Tabela 19. Parâmetros cinéticos selecionados (kcat, KM e Kass) para os complexos


GaIIICuII 79 e GaIIIZnII 79.........................................................................................114

Tabela 20. Parâmetros cinéticos obtidos nos estudos inibitórios das reações de

hidrólise do 2,4-BDNPP por íons HPO42- para os complexos 1 e 2. Condições:

Solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1; [BDNPP] = 4,0.10-4;

[HPO42-] = 0 a 3,23.10-4; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

............................................................................................................................120

Tabela 21. Dados cristalográficos do complexo [FeIIICoIIBPBPMP(OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O

............................................................................................................................145

Tabela 22. Coordenadas atômicas (x104) e parâmetros de deslocamento

isotrópicos (A2 x 103) para [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O, onde U(eq) é

definido como 1/3 do traço do tensor ortogonalizado Uij.....................................146

Tabela 23. Comprimentos (Å) e ângulos (°) de ligação para o complexo

[FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O. ..........................................................147

Tabela 24. Parâmetros de deslocamento anisotrópico (A2.103) para o complexo

[FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O. O fator de deslocamento anisotrópico é

calculado da seguinte maneira: -2π2[h2a*2U11+ ... +2hka*b*U12]. ........................149

Tabela 25. Coordenadas de Hidrogênio (x104) e parâmetros de deslocamento

isotrópico (A2 x 103) para o complexo [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O.

............................................................................................................................150

Tabela 26. Dados cristalográficos do complexo [GaIIICoIIBPBPMP(OAc)2]ClO4 . H2O .152


isotrópicos (A2 x 103) para [GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. H2O, onde U(eq) é

definido como 1/3 do traço do tensor ortogonalizado Uij.....................................153


[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. H2O. ..................................................................154

Tabela 29. Parâmetros de deslocamento anisotrópico (A2 x 103) para o complexo

[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. H2O. O fator de deslocamento anisotrópico é

calculado da seguinte maneira: -2 π2[ h2 a*2 U11 + ... + 2 h k a* b* U12 ] .............156


isotrópico (A2 x 103) para [GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4.0,25 H2O....................157

Tabela 31. Ligações de Hidrogênio (Å) e ângulos (º) para [GaIIICoII(BPBPMP)

(μ-OAc)2]ClO4 . H2O. ...........................................................................................158

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

Asp Aspartato

BBPMP 2,6-bis[2-hidroxibenzil)(2-piridilmetil)amino)metil]-4-metilfenolato

BPMA N-bis-(2-piridilmetil)amina

BPMAMFF 2-[N-bis-(2-piridilmetil)aminometil]-4-metil-6-formilfenol

BPPMP 2,6-bis[2-hidroxifenil)(2-piridilmetil)amino)metil]-4-metilfenolato

CHES Ácido 2-[N-Cicloexilamino]etanossulfônico

CMFF 2-clorometil-4-metil-6-formilfenol

DNA Ácido desoxirribonucléico

E Eficiência catalítica

EtOH Etanol

EDTA Ácido etilenodiaminotetracético

Epa Potencial de pico anódico

Et3N trietilamina

f Fator catalítico

Fc+/Fc Par redox, ferrocínio/ferroceno

HEPES Ácido 2-[4-(2-Hidroxietil)-1-piperazino]-etanossulfônico

His Histidina

HMB 2-hidróxi-5-metilbenzaldeído

I Força iônica

IV Espectroscopia vibracional na região do infravermelho

IUBMB União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular

J Constante de acoplamento magnético

Kass Constante de associação

kcat Constante catalítica

KM Constante de Michaelis-Menten

MES Ácido 2-[N-Morfolino] etanossulfônico

MM Massa molar

NaOAc Acetato de sódio

ENH Eletrodo normal de hidrogênio

P.F Ponto de fusão

pH Potencial hidrogeniônico

pKa Constante ácida de protonação

RMN 1H Ressonância magnética nuclear de hidrogênio

TBAPF6 Hexafluorfosfato de tetrabutilamônio

TMS tetrametilsilano

THF tetrahidrofurano

2,4-BDNPP bis(2,4-dinitrofenil)fosfato

2,4-DNPP 2,4-dinitrofenilfosfato

2,4-DNP 2,4-dinitrofenolato

Pi fosfato inorgânico

v0 Velocidade inicial

UV-Vis-IVP Espectroscopia no ultravioleta, visível e infravermelho próximo

vmáx Velocidade máxima

ε Coeficiente de absortividade molar

λmáx Comprimento de onda no máximo de absorção

ν Estiramento de ligação (IV)

δ Deformação angular (IV); deslocamento isomérico (Mössbauer)

δH Deslocamento químico do hidrogênio (RMN 1H)

ΔEQ Desdobramento quadrupolar (Mössbauer)

Tyr Tirosina

PAP Fosfatase ácida púrpura

bsPAP Fosfatase ácida púrpura de baço de bovinos

ufPAP Fosfatase ácida púrpura de fluido uterino de suínos

kbPAP Fosfatase ácida púrpura de feijões vermelhos

rbPAP Fosfatase ácida púrpura de ossos de ratos

sbPAP Fosfatase ácida púrpura de grãos de soja

spPAP Fosfatase ácida púrpura da batata-doce

TRAP Fosfatase ácida púrpura humana resistente ao tartarato do tipo 5

RESUMO

A natureza aprendeu a utilizar propriedades especiais dos metais para

realizar uma ampla variedade de funções associadas aos sistemas vivos.

Metaloproteínas que realizam funções catalíticas são denominadas de

metaloenzimas, constituindo então uma classe especial de compostos

bioinorgânicos. Neste contexto, as fosfatases ácidas púrpuras (PAPs),

metaloenzimas pertencentes à classe das hidrolases, catalisam a hidrólise de

ésteres e anidridos do ácido fosfórico em uma faixa de pH de 4 a 7. A

característica cor púrpura dessa subclasse de fosfatases ácidas é resultado de

um de transferência de carga do tipo ligante metal (OTyr→FeIII) em torno de

560 nm.

Os complexos modelos tiveram papel fundamental no entendimento das

propriedades físicos-químicas das PAPs, antes da resolução das estruturas

cristalinas das mesmas. Assim, através do estudo estrutural, espectroscópico e

de testes de reatividade, busca-se esclarecer o mecanismo através do qual ocorre

o processo catalítico em complexos modelos para que estes possam auxiliar na

elucidação do mecanismo pelo qual a enzima nativa atua.

Neste trabalho foram sintetizados e caracterizados por análise elementar

de CHN; medidas de condutividade; espectroscopias no infravermelho, eletrônica

e Mössbauer; eletroquímica e titulação potenciométrica dois novos complexos de

ferro(III)cobalto(II) e gálio(III)cobalto(II) empregando-se o ligante H2BPBPMP76, já

descrito na literatura.

Os complexos 1 - [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O e 2 -

[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . H2O tiveram suas estruturas cristalinas resolvidas

apresentando-se isoestruturais entre si, sendo ainda apontados como modelos

estruturais para as PAPs metalo-substituídas, pois mimetizam os resíduos de

aminoácidos presentes no sítio ativo das PAPs e simulam a distância

intermetálica presente nas mesmas.

Os estudos realizados frente à hidrólise do substrato modelo 2,4-bis-

dinitrofenilfosfato (2,4-BDNPP) resultaram em fatores de aceleração de 19,2 e

21,2 mil vezes, respectivamente, em relação à reação não catalisada sendo o

complexo 2 (GaIIICoII) o que se apresentou mais efetivo na conversão do

substrato a produtos. Estudos inibitórios (por íons OAc- e HPO42-) para a reação

do 2,4-BDNPP mostraram que os íons acetato à baixas concentrações não

influenciam significativamente o processo catalítico, porém, íons fosfato devido a

sua alta constante de associação podem comprometer a catálise mesmo em

concentrações reduzidas.

A partir dos dados estruturais, espectroscópicos, eletroquímicos, cinéticos

e de titulação potenciométrica foi possível propor um ciclo catalítico para a

hidrólise do 2,4-BDNPP, mediada pelos complexos 1 e 2 compatível com outros

já descritos na literatura.

ABSTRACT

Nature has learned to make use of special properties of metals to achieve a

wide variety of functions associated to living beings. Metalloproteins that perform

catalytic functions are denominated metalloenzymes, characterizing then a special

class of bioinorganic compounds. In this context, the purple acid phosphatases

(PAPs), which are metalloenzymes belonging to the hydrolases class, catalyse the

activated phosphorous esthers and anidrides’ hydrolysis in a pH range between 4

and 7. The characteristic purple color of this acid phophatase subclass is a

consequence of a ligand metal charge transference process (OTyr→FeIII) at around

560 nm.

Model complexes have a fundamental role on the understanding of the

physicochemical properties of PAPs, before of their X-ray crystal structures’

resolution. In this way, through structural and spectroscopic studies as well as

reactivity tests, the search of the most probable mechanism through the catalytic

process occurence is done. This data will help substantially to clarify the real

mechanism that occurs in the native enzyme.

In this work we present the synthesis and characterization through CHN

elementar analysis; conductivity measurements; infrared, electronic and

Mössbauer spectroscopy; electrochemistry and potentiometric titration, of two new

FeIIICoII and GaIIICoII complexes with the unsymmetrical ligand H2BPBPMP76

already described at the literature.

The complexes 1 - [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O and 2 -

[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . H2O had their crystal structures solved by

X ray crystallography. The complexes are isostructural among themselves, being

pointed as potencial structural models for metallo-substituted PAPs as they

mimetize the aminoacids residues present in the active site of the PAPs and

simulate their intermetallic distance.

Catalytic activity studies performed towards 2,4-BDNPP substrate, resulted

in acceleration factors of 19.2 and 21.2 thousand times respectively, if compared

to the non-catalyzed reaction. Inibitory studies (by acetate and phosphate ions)

towards the catalytic cleavage of 2,4-BDNPP showed that acetate ions at low

concentrations do not cause significant influence on the hydrolityc process.

However inhibition by phosphate ions due to their high association constant can

undertake the catalytic cycle at low concentrations.

Based on structural, spectroscopic, electrochemical and potentiometric

data, it was possible to propose a catalytic cycle for the catalytic cleavage of 2,4-

BDNPP in the presence of the complexes 1 and 2 which is compatible with a

mechanism already described in the literature.

1 INTRODUÇÃO

1.1 A QUÍMICA BIOINORGÂNICA

Em uma primeira instância, pode-se dizer que a química bioinorgânica é

um campo bastante recente da ciência. Todavia, relatos de metais ligados em

proteínas ou enzimas já datam do século XVIII, e provavelmente, esses relatos

poderiam ser encontrados em épocas anteriores a esta ao trocar os termos

proteínas e enzimas por tecidos de animais e/ou vegetais.1

Neste período, ferricianeto de potássio foi preparado a partir do sangue por

McNunn; Hoppe-Seyler fez estudos espectroscópicos com a hemoglobina e

Bertrand trabalhou com o que ele chamou de “oxidase” a partir de tecidos de

plantas, os quais ele nomeou laccase. Nos anos 30, Keilin e Hartree encontraram

íons cobre na enzima citocromo c oxidase e, na metade do século passado, foram

descobertas enzimas que continham zinco, molibdênio e ferro não-heme em

preparados mitocondriais. Desde então um longo caminho tem sido percorrido

para o desenvolvimento dessa área do conhecimento e descoberta da

participação de diversos íons metálicos em quantidades traço nos organismos

vivos.1

A química bioinorgânica como tal surgiu nos anos 70 sendo chamada de

bioquímica inorgânica gerando então polêmica por seu título tão paradoxal.

Entretanto foi nesse período que cientistas dos mais variados campos do

conhecimento despertaram grande interesse pelo papel dos metais nos sistemas

vivos.1

27

Assim, a química bioinorgânica vem crescendo rapidamente nas últimas

duas décadas, e a despeito de seu título, trata-se de uma área interdisciplinar que

contempla diversas grandes áreas do conhecimento como, por exemplo: Química,

Biologia, Física e Matemática.2 A Figura 1 (abaixo) ilustra o conjunto das

diferentes áreas do conhecimento que constituem a química bioinorgânica sob um

panorama atual:

Figura 1. Contextualização da química bioinorgânica de acordo com as

adjacências e superposições de campos do conhecimento sob o ponto de vista de

um bioquímico1.

Embora a biologia e bioquímica estejam geralmente associadas

diretamente à química orgânica, os elementos inorgânicos em quantidades

ínfimas são essenciais para a manutenção de diversos processos vitais. Dentre

estes, pode-se salientar: o desenvolvimento de seres vivos, a respiração, o

28

metabolismo, a fixação de nitrogênio, a fotossíntese, a transmissão de impulsos

nervosos, a contração muscular e a proteção contra agentes tóxicos e

mutagênicos.3,4

Com a descoberta de diversos sistemas que requerem íons metálicos para

seu funcionamento, o número de artigos científicos em química bioinorgânica tem

se multiplicado. Além disso, metais não essenciais também têm sido introduzidos

na biologia humana tanto no diagnóstico exploratório de doenças quanto no

tratamento das mesmas sob a forma de fármacos.4

Mecanismos de ação de drogas anticâncer de platina, agentes antiartrite à

base de ouro e radiofármacos de tecnécio são alguns tópicos em corrente

investigação na química bioinorgânica. Além disso, alguns elementos inorgânicos

também têm sido introduzidos artificialmente em sistemas biológicos como

exploradores de suas propriedades estruturais e funcionais.4

Atualmente pode-se caracterizar dois grandes grupos de atuação na

química bioinorgânica: um no estudo da ocorrência natural de elementos

inorgânicos na biologia dos seres vivos e outro atuando na introdução de metais

em sistemas biológicos como dispositivos exploratórios e drogas.4

Como subgrupos da química bioinorgânica pode-se citar: estudo do

ambiente de coordenação do íon metálico em metaloenzimas, ácidos nucléicos,

carboidratos e membranas; estudo dos mecanismos das reações que ocorrem

nos centros metálicos das enzimas; desenvolvimento de análogos sintéticos para

sítios ativos das metaloproteínas (projeto, síntese, caracterização estrutural e

físico-química e reações catalíticas); desenvolvimento de fármacos contendo

metais para a cura ou prevenção de doenças (síntese e mecanismo de ação);

29

estudos de remoção e transporte de íons metálicos e compostos metálicos de e

para sistemas vivos (desintoxicação) e processos de biomineralização.

Alguns aspectos periféricos, porém não menos importantes, desta área de

estudo são: a investigação de elementos inorgânicos na nutrição, a toxicidade de

espécies inorgânicas, o transporte e armazenamento dos íons metálicos em

organismos vivos.4 A Tabela 1 apresenta alguns elementos inorgânicos

selecionados (alvo de estudo deste trabalho) bem como algumas de suas funções

biológicas:

Tabela 1. Funções biológicas de alguns íons metálicos selecionados4.

Metal Função

Ferro Oxidase; transporte e armazenamento de O2;

transferência de elétrons; fixação de nitrogênio

Gálio Medicina nuclear (radiofármacos); diagnósticos

exploratórios de enfermidades (comspostos radio

contrastantes)

Cobalto Oxidase; transferência de grupos alquílicos

Os sistemas biológicos podem sofrer sérias alterações em suas

composições químicas caso haja a deficiência de certos elementos mesmo em

mínimas concentrações. Nos seres humanos, a falta de metais essenciais

acarreta sintomas característicos, como por exemplo: danos à pele, impedimento

de crescimento e maturação sexual retardada pela falta de zinco;

enfraquecimento das artérias, desordem no fígado e anemia secundária pela falta

de cobre; anemia perniciosa pela falta de cobalto, entre outros sintomas. É

importante mencionar que não existem apenas problemas por deficiência de

30

determinados elementos, mas também pelo seu excesso, como resultado de

excreção insuficiente ou absorção em demasia.2-4

1.2 O PAPEL DOS METAIS NAS METALOENZIMAS E AS PROTEÍNAS

COMO LIGANTES

Normalmente, os metais são encontrados como constituintes naturais nas

proteínas. Na verdade, a natureza aprendeu a utilizar propriedades especiais dos

metais para realizar uma ampla variedade de funções associadas aos sistemas

vivos. Metaloproteínas que realizam funções catalíticas são denominadas de

metaloenzimas, constituindo então uma classe especial de compostos

bioinorgânicos.

As proteínas são compostas de 20 (vinte) aminoácidos, muitos dos quais

possuem átomos doadores de elétrons adequados à quelação de íons metálicos.

Como se sabe a partir da química de coordenação, a ligação desses íons a sítios

ativos pode diminuir os valores de pKas de prótons ionizáveis presentes nessas

moléculas de forma significativa.4

As interações entre íons metálicos e biomoléculas são, geralmente, da

mesma natureza das existentes em complexos, e por isso são tratadas de acordo

com as teorias da química de coordenação. Sendo assim, as propriedades das

biomoléculas que contém metais dependem do número e distribuição de elétrons

de valência nos orbitais d.2

Os aminoácidos que normalmente funcionam como ligantes são a cisteína

e a metionina (ligadas pelo enxofre ao metal), a histidina (ligada pelos nitrogênios

ε e δ do anel imidazólico), o aspartato e o glutamato (ligados pelos grupos

31

carboxilatos) e a tirosina (ligada ao metal pelo oxigênio fenólico). Com a exceção

da tirosina, tem-se observado que os demais podem atuar como ligante-ponte

entre dois íons metálicos ou como ligantes terminais de um íon metálico

simples.2,4

Além dos ligantes disponíveis nas cadeias laterais dos aminoácidos, os

metais também podem se ligar a grupos carbonila dos peptídeos, a átomos de

nitrogênio desprotonados da ligação peptídica e aos segmentos amino N-

terminais e carboxil C-terminais da proteína em questão.4

1.3 MODELOS E ANÁLOGOS SINTÉTICOS EM QUÍMICA BIOINORGÂNICA

Como já exposto anteriormente, as metaloenzimas podem ser

consideradas, sob certos aspectos, como sendo grandes complexos de

coordenação. Logo, a caracterização dessas macromoléculas através de métodos

físico-químicos pode estar em conexão direta com estudos realizados pelos

químicos inorgânicos em espécies de baixa massa molar.

No entanto, é importante mencionar que o estudo cristalográfico de

metaloenzimas sob hipótese alguma pode mostrar a precisão usualmente

associada e esperada para moléculas de baixa massa molar. Essa limitação no

estudo dos sistemas biológicos tem conduzido ao desenvolvimento de análogos

ou modelos sintéticos para as metaloenzimas.

O termo análogo sintético é utilizado para aqueles complexos que

apresentam propriedades estruturais e físico-químicas similares àquelas das

metaloenzimas, com respeito ao ambiente de coordenação. Modelos sintéticos,

na maioria das vezes são capazes de mimetizar apenas certas propriedades das

32

metaloenzimas, mas certamente são bastante úteis na elucidação dos seus

centros ativos.3

Tendo em vista esses fatores, uma linha de pesquisa fundamental para os

químicos sintéticos em bioinorgânica é a projeção, síntese e caracterização

detalhada de moléculas de baixa massa molar que apresentem propriedades

estruturais, espectroscópicas e/ou de reatividade que mimetizem enzimas de

interesse.

O planejamento e o desenvolvimento desses novos compostos têm início

com a caracterização da metaloenzima a ser modelada. A partir das informações

acerca da enzima de interesse, inicia-se um processo de projeção e

desenvolvimento de moléculas orgânicas que apresentem funções químicas

semelhantes aos resíduos de aminoácidos presentes no sítio catalítico da enzima.

Após a completa caracterização dos ligantes de interesse, parte-se para a

obtenção, caracterização e testes de reatividade dos compostos em questão. A

comparação das propriedades físico-químicas, estruturais e catalíticas dos

compostos de coordenação com as da metaloenzima de interesse permite

considerá-lo (ou não) um bom modelo sintético.

Diante dessa metodologia, o trabalho do químico bioinorgânico consiste em

uma sistematização na síntese de ligantes que possuam grupos doadores

análogos aos resíduos de aminoácidos presentes no sítio catalítico da enzima, de

maneira que os complexos sintetizados exibam as características físico-químicas,

estruturais e funcionais desejadas. Caso estas características não sejam

satisfatórias, uma nova investigação sistemática deve ser iniciada.

Sendo assim, a primeira etapa de um projeto bioinorgânico deve ser a

escolha do sistema biológico (metaloenzima) a ser mimetizado.

33

1.4 AS FOSFATASES ÁCIDAS PÚRPURAS

As fosfatases ácidas púrpuras (PAPs) são metaloenzimas pertencentes à

classe das hidrolases que catalisam a hidrólise de uma ampla gama de ésteres e

anidridos do ácido fosfórico e têm atividade máxima em uma faixa de pH de 4 a 7.

A cor púrpura característica dessa subclasse de fosfatases ácidas é o resultado

de um processo de transferência de carga do tipo ligante metal (OTyr→FeIII) em

torno de 560 nm.5-7

As PAPs contém em seus sítios ativos centros binucleares do tipo FeIIIMII

(onde MII = Fe, Mn ou Zn) as quais foram isoladas de uma variedade de fontes

incluindo leveduras, fluido uterino de suínos (uteroferrina - ufPAP), baço de

bovinos (bovine spleen – bsPAP), macrófagos, lisossomos humanos, ossos de

ratos (rat bone – rbPAP) e bactérias.6-9

As enzimas isoladas de vegetais apresentam sítios heterobimetálicos do

tipo FeIIIMnII e FeIIIZnII presentes na batata doce (spPAP) e em grãos (feijão

vermelho – kbPAP e soja – sbPAP), respectivamente. Essas PAPs oriundas de

plantas constituem-se de glicoenzimas diméricas com massa molar em torno de

110 kDa.6

As enzimas de origem animal, ufPAP e bsPAP, além da proveniente dos

feijões vermelhos kbPAP, são as que têm sido melhor estudadas.5-8,10-13

Simultaneamente, pesquisas médicas caracterizaram uma fosfatase de

tecidos humanos, resistente à inibição por tartarato, denominada fosfatase ácida

resistente ao tartarato (TRAP) humana do tipo 5 (baseado na mobilidade

eletroforética). Apesar dos diferentes nomes atribuídos a essas enzimas, elas

apresentam uma significativa homologia seqüencial.6,14

34

As PAPs extraídas de animais são glicoproteínas monoméricas com massa

molar em torno de 35 kDa, que apresentam uma estrutura monomérica peptídica

com 90% de similaridade. Seu sítio ativo consiste de um centro binuclear de ferro

com dois estados de oxidação acessíveis: um de FeIIIFeII cataliticamente ativo,

conhecido como “forma rosa”, e outro FeIIIFeIII inativo, conhecido como ”forma

púrpura”. 5,12 Os espectros eletrônicos apresentaram processos de transferência

de carga do tipo OTyr→FeIII característicos tanto para a forma reduzida quanto

para a forma oxidada da enzima.13,15,16

Ambas as formas das PAPs de mamíferos, reduzida e oxidada, foram

investigadas por diversos métodos físicos e espectroscópicos, como, por

exemplo: eletroquímica,17 espectroscopia Raman ressonante,13,15,16 RPE16,18-20

susceptibilidade magnética13,15,16,18,19, Mössbauer,6,14,16,21 RMN 1H,22 EXAFS23,

além de estudos cinéticos.24,25

Utilizando a técnica de microcoulometria, o comportamento redox da ufPAP

foi investigado em função do pH, onde foram observados os seguintes valores:

E1/2 = 0,367 V vs ENH em pH ~ 5 e E1/2 = 0,306 V vs ENH em pH ~ 6. A influência

do pH nos potenciais e na velocidade de transferência de elétrons indica a

participação de um próton durante o processo redox.17

Estudos de espectroscopia Raman ressonante indicam que a forte

coloração púrpura observada nessas metaloenzimas deve-se à transferência de

carga OTyr→FeIII. Esses espectros apresentam claramente os quatro modos

vibracionais do anel tirosina entre 1600 e 1164 cm-1 indicando a coordenação

deste resíduo ao metal sob a forma de tirosinato.15

Os espectros de RPE da enzima, obtidos para a ufPAP e para a bsPAP,

mostraram que a forma FeIIIFeII é consistente com acoplamento entre íons FeII

35

(spin alto) e FeIII, com um intenso sinal rômbico a temperaturas menores que 30

K. Já a forma oxidada da enzima, FeIIIFeIII, não apresenta sinal no RPE (“EPR-

Silent”).16,18

Medidas de susceptibilidade magnética da enzima revelaram que os

centros de ferro, tanto na forma ativa, FeIIIFeII quanto na forma inativa, FeIIIFeIII,

estão fracamente acoplados, com valores de J na faixa de -5 a -15 cm-1, com a

principal contribuição devido ao acoplamento antiferromagnético proporcionado

por uma ponte μ-hidroxo. Estes resultados, juntamente com os dados

cristalográficos (mapas de densidade eletrônica), sugeriram que os centros

metálicos estavam ligados por uma ponte desse tipo μ-hidroxo, tanto nas PAPs de

mamíferos como na kbPAP.7,8,10-12,18-20

Estudos Mössbauer realizados com a forma oxidada da ufPAP e bsPAP

enriquecidas com 57Fe, bem como da 57FeFe e 57Fe57Fe e kbPAP modificada,

demonstraram a presença de dois centros de FeIII, spin alto, com ambientes de

coordenação distintos, enquanto que, para a forma reduzida, foi identificado um

sítio de valência mista FeIIIFeII, sendo os dois íons de spin alto, com forte

distorção da simetria octaédrica. Os valores obtidos para os parâmetros

Mössbauer concordam com um ambiente de coordenação distorcido e rico em

oxigênio e nitrogênio. 14,21

A PAP mais estudada é a kbPAP e foi a primeira deste grupo de

metaloenzimas a ter a estrutura cristalina resolvida por difratometria de raios X. 7,8

Posteriormente, outras PAPs tiveram estruturas resolvidas, tais como:PAP

resistente ao tartarato extraída de ratos (ratTRAP), rbPAP, ufPAP entre

outras.10-12 A Figura 2 apresenta uma representação da estrutura cristalina de

raios X da kbPAP com 2,65 Å de resolução.7

36

Figura 2. Representação computacional da estrutura cristalina de raios X da

kbPAP a 2,65 Å de resolução. Sítios catalíticos da unidade dimérica em detalhe.7

No sítio ativo da kbPAP (Figura 3, esquerda) com resolução de 2,65 Å, os

centros metálicos FeIII e ZnII, estão separados por uma distância de 3,26 Å, sendo

que o íon FeIII encontra-se em uma geometria octaédrica distorcida e está

coordenado aos seguintes resíduos de aminoácidos das cadeias laterais: tirosina

(Tyr167), histidina (His325), um aspartato (Asp135) e um grupo carboxilato

(Asp164) monodentado ponteando os centros metálicos. O centro metálico de ZnII

tem seu ambiente de coordenação formado por duas por histidinas (His286) e

(His323) e pelo oxigênio amida da asparagina (Asn201). Apesar de não ter sido

confirmado pela análise de raios X, Klabunde7 e colaboradores atribuíram a

presença de mais três ligantes exógenos: um provável íon hidróxido ligado ao

centro metálico de FeIII (Fe-O: 1,9 Å), uma molécula de água coordenada ao

centro de ZnII (Zn-O: 2,1 Å) e outro grupo hidróxido como uma segunda ponte

entre os centros metálicos (Fe-O: 1,9 Å e Zn-O: 2,1 Å).7,8 As estruturas

cristalinas da kbPAP complexada com ponte fosfato (resolução 2,7 Å) e com

inibidor ponte tungstato (resolução 3,0 Å) também foram determinadas.7

37

Figura 3. Estrutura cristalina do sítio ativo da kbPAP8 (esquerda) e ufPAP

(direita)12.

Evidenciando a similaridade com a kbPAP, na estrutura cristalina

(resolução 1,55 Å) da ufPAP na forma “púrpura” ou oxidada (Figura 3, direita), as

esferas de coordenação para ambos os centros de FeIII são próximas de

octaédricas com um grupo fosfato coordenado como ponte entre os dois íons

metálicos, que apresentam uma distância FeIII...FeIII de 3,31 Å.12

Apesar da pequena homologia seqüencial total, são significativas as

similaridades seqüenciais identificadas especialmente nas regiões onde se

encontram os resíduos do sítio ativo, o que sugere que as PAPs de mamíferos e

de vegetais são evolutivamente relacionadas e apresentam uma estrutura

tridimensional similiar dos mesmos.13

Sendo assim, com a elucidação das estruturas cristalinas de algumas

PAPs aliadas à diversas técnicas espectroscópicas, foi possível determinar um

sítio ativo comum para esta classe de fosfohidrolases. Um desenho esquemático

que representa a composição de um sítio ativo geral para as PAPs de mamíferos

e de vegetais é mostrado na Figura 4.

38

HIS

HIS

ASN

ASP

TYR

ASP

HISNH2

O OH2

O

NH

N

N

HN

M+2

N NH

OO

O

M+3

OH

O

O

H

Figura 4. Esquema geral para o sítio ativo das PAPs de mamíferos e vegetais.

A partir da resolução das estruturas das PAPs foi possível considerar em

mais detalhes o mecanismo pelo qual tais metaloenzimas hidrolisam ésteres de

fosfato em condições ácidas.

Em 1996, Klabunde e colaboradores7 propuseram um mecanismo de

catálise assistida por metal, do tipo SN2, baseado na estrutura cristalina da

kbPAP, descrito a seguir e que está representado na Figura 5. Baseado na

similaridade estrutural verificada nas PAPs de mamíferos, Lindqvist e

colaboradores11 propuseram um mecanismo similar ao primeiro.

Na primeira etapa da reação, o grupo fosfato do substrato liga-se ao centro

de ZnII, de maneira monodentada, pelo deslocamento de uma molécula de água,

em um processo relativamente rápido. Uma vez coordenado ao centro divalente,

o átomo de fósforo do respectivo éster fosfórico tem seu caráter eletrofilico

aumentado o que facilita um ataque nucleofílico do íon hidróxido presente na

esfera de coordenação do íon férrico, o qual está em posição adequada para um

ataque “em linha” sobre o átomo de fósforo.

Devido ao ataque ocorrer do lado oposto ao grupo alcóxido do substrato,

este acarreta uma inversão de configuração no átomo de fósforo. Próximas ao

39

centro ativo, estão presentes três histidinas (His202, His295 e His296) que

interagem com o íon fosfato estabilizando-o. Já em PAPs de mamíferos este

papel é desempenhado por duas histidinas e um aspartato.11 Propõe-se que a

His296 protone o grupo alcóxido abandonador. O ataque nucleofílico resulta em

um estado de transição pentacoordenado que deve ser estabilizado pelos

resíduos de histidina, His202 e His295, conservados no sítio ativo.

His202

His296

(Asp)

H

H

His202

(Asp)

H

His295

HN

N

O

MII

O

FeIII

O

(His) N

(Asn) N

(His) N

N (His)

O

P

O

O

O (Asp)

O

O (Tyr)

R

HNN

NHN

His202

His296

(Asp)

H

HN

N

O

NHN

MII

O

FeIII

O

(His) N

(Asn) N

(His) N

N (His)

O

P

O

O

O (Asp)

O

O (Tyr)

R

His295

HNN

His296

His296

-OH R-OH

His202

H

NH

N

O

MII

O

FeIII

O

(His) N

(Asn) N

(His) N

N (His)

P

O (Asp)

O

O (Tyr)

ONHN

OOH

- PO43-

+ ROPO32-

(Asp)

NHN

MII

O

FeIII

O

(His) N

(Asn) N

(His) N

N (His)

O

PO

O

O

HN

N

O (Asp)

O

O (Tyr)

R

Figura 5. Mecanismo proposto por Klabunde7 e colaboradores para a hidrólise de

ésteres de fosfato promovida pelas PAPs.

40

A hidrólise propriamente dita deve ocorrer a partir da protonação do grupo

álcool abandonador pelo resíduo de histidina, His296, e subseqüente clivagem da

ligação P-OR.

Kimura apresentou uma revisão dos mecanismos propostos para

hidrolases bimetálicas.26 Merkx e colaboradores propuseram que o íon hidróxido

terminal, coordenado ao centro de FeIII, desprotona uma molécula de água da

segunda esfera de coordenação do íon FeIII, e esta então faria o ataque

nucleofílico (Figura 6, A).27,28 De acordo com o proposto para a ufPAP29,30, o éster

fosfórico coordena-se aos centros metálicos de maneira bidentada, como ponte

(Figura 6, B). Desta forma, é proposto que a ponte μ-hidroxo atuaria como

nucleófilo e promoveria o ataque ao fosfato como etapa determinante da reação.

Quando coordenado de maneira terminal ao íon metálico (Figura 6, A), espera-se

que o íon hidróxido seja muito mais nucleofílico que quando coordenado como

ponte.31 No entanto, o íon metálico divalente pode ajudar a diminuir o pKa da

ponte μ-hidroxo, transformando-a em um hidróxido quasi-terminal (MII-OH).32

A

MII

O

FeIII

ON

N

N

O

PO-

-O

RO

O

O

O

N

O H

H

H

H

B

MII

O

FeIII

ON

N

N

O

P

O-RO

O

O

O

NH

C

MII

O

FeIII

ON

N

N

O

P

O-RO

O

O

O

N

Figura 6. Intermediários propostos para a hidrólise de ésteres de fosfato

promovida pelas PAPs. A – Merkx e colaboradores27,28; B – Que e

colaboradores.29,30; e C – Schenk e colaboradores.33,34

41

Entretanto, não há nenhuma evidência decisiva se o éster de fosfato se

coordena aos sítios metálicos de maneira bidentada (como estruturalmente

caracterizado nos derivados das PAPs)7,10-12 ou monodentado no metal bivalente.

Estudos recentes, realizados com a fosfatase extraída de batata doce

(FeMn-spPAP), evidenciaram a presença de uma ponte oxo, em pH 4,9.33 Além

disto, resultados de EXAFS apresentados por Neves e colaboradores34 para o

complexo [FeCu(BPBPMP)(μ-OAc)2]+ em solução de etanol/água indicam a

presença de ferro pentacoordenado. Assim, neste caso, sugere-se que o

nucleófilo seja a ponte oxo (Figura 6, C).

É interessante ressaltar que a FeZn-kbPAP pode ser convertida para a

forma FeIIIFeII ativa, enquanto que as PAPs de útero suíno e de baço de bovinos

(FeIIIFeII) podem ser transformadas para a forma FeZn ativa.5,6,9,13 Assim, a

substituição do íon ZnII por FeII na kbPAP revela que as propriedades

espectrocópicas e de reatividade assemelham-se às observadas para as

fosfatases de mamíferos.9

Embora ambos os metais pareçam ser essenciais para a catálise

propriamente dita, o papel individual de cada um dos mesmos permanece

desconhecido.35 Recentemente, muitos estudos têm sido realizados no sentido de

avaliar o efeito da substituição dos íons metálicos da enzima nativa por outros

metais de transição. A substituição do FeII nas PAPs de mamíferos por MnII, CoII,

NiII, CuII, ZnII, HgII, CdII bem como o FeIII pelos metais GaIII, InIII, AlIII têm sido

descrita na literatura.20,27,28,31,32,35 Estes estudos são de grande relevância na

determinação do papel dos íons metálicos no processo catalítico e do mecanismo

envolvido neste processo.

42

Segundo Martin36, o uso do íon GaIII como um análogo do íon FeIII é bem

documentado tanto na química inorgânica como na química proteômica uma vez

que GaIII e FeIII possuem raios iônicos (0,62 vs 0,65 Å), cargas e preferências de

coordenação similares. Tendo em vista essas propriedades, íons GaIII têm sido

empregados em diversas proteínas tais como transferrina, lactoferrina e

ovotransferrina e em complexos modelos binucleares de proteínas de ferro.35

Testes cinéticos da hidrólise do substrato 4-nitrofenilfosfato (4-NPP)

catalizados pela bsPAP GaZn e GaFe-substituídas reportados por Merkx e

Averill35 evideciaram a importância da acidez de Lewis dos metais trivalentes

envolvidos na catálise. Surpreendentemente, a enzima GaZn-substituída

apresentou maior atividade (kcat = 3,09 x 10-3 s-1; KM = 5,49 mM) frente a reação

de hidrólise em questão (4-NPP) quando comparada a espécie FeZn-substituída

(kcat = 2,84 x 10-3 s-1; KM = 3,25 mM). Outro ponto importante na substituição de

íons férricos por gálio é sua característica diamagnética, permitindo dessa forma o

uso de técnicas de ressonânica magnética nuclear de alta resolução no estudo

estrutural de proteínas entorno de seus centros metálicos.32

Substituições metálicas no sítio divalente da kbPAP tais como CoII e CdII

foram reportadas por Beck37,38 e colaboradores. Estes derivados substituídos

apresentaram atividade variando entre 20 e 100% da enzima nativa. Nesse

trabalho, uma total reativação da kbPAP foi obtida a partir da apoenzima

(3 U.mL-1A280-1) pela adição de íons FeIII e ZnII (223 U.mL-1A280

-1), FeII (193 U.mL-

1A280-1) ou CoII (205 U.mL-1A280

-1). Já outros íons tais como MnII, NiII, CuII, HgII, CdII

apresentaram uma baixa retomada de reatividade (12-76 U.mL-1A280-1). Testes

cinéticos com adição de peróxido de hidrogênio foram realizados mostrando uma

significativa perda de atividade das enzimas substituídas, especialmente a FeFe-

43

substituída-kbPAP e a FeCo-substituída-kbPAP indicando a oxidação (rápida para

a FeIIIFeIII e lenta para a FeIIICoIII) do centro metálico divalente originando a forma

inativa dessas macromoléculas.

Em 1999, Twitchett e Sykes31 publicaram um trabalho onde foram

apresentadas as propriedades eletrônicas da ufPAP MII-substituída (onde MII =

Mn, Co, Ni, Cu e Zn). Todas as especéis tiveram um λmáx entre 510 e 545 nm e

coeficientes de absortividade molar compatíveis com a tranferência de carga

OTyr→FeIII (3350-3580 M-1.cm-1).

Apesar de algumas das PAPs estarem bem caracterizadas do ponto de

vista físico-químico e estrutural, ainda não se sabe ao certo sua real função

fisiológica. Observou-se também que essas enzimas são fontes catalíticas de

radicais hidroxila, sendo que as mesmas parecem atuar sobre a matriz óssea.6 Já

as fosfatases encontradas em vegetais parecem ter importância na liberação de

fosfato oriundo de compostos organofosforados sendo também, expressa durante

a fase de maturação de sementes.10-12

Uma vez exposto este panorama, o estudo de compostos de coordenação

modelos para metaloenzimas como as PAPs, que ainda não tenham seu

mecanismo de ação elucidado, são de significativa relevância.

1.4.1 COMPLEXOS MODELOS PARA AS FOSFATASES ÁCIDAS PÚRPURAS

Os compostos modelos tiveram papel fundamental no entendimento das

propriedades físicos-químicas das PAPs, antes da resolução das estruturas

cristalinas das mesmas. Assim sendo, quando as estruturas de raios X foram

determinadas, muitas propostas foram confirmadas.33,34,39-83

44

O primeiro complexo descrito como modelo para as PAPs foi publicado em

1995 por Sadler e colaboradores.65 Já em 1997, Ménage e colaboradores

publicaram o complexo Fe2O(Phen)4(OH)2(NO3)3 cuja atividade catalítica na

hidrólise do éster de fosfato 2,4-BNDPP foi avaliada, apresentando uma

aceleração de 100 vezes frentea reação não catalisada.66 Até então alguns outros

complexos têm sido decritos na literatura como modelos funcionais para as PAPs,

mas sua atividade catalítica tem-se mostrado bastante modesta. Todavia, uma

vez elucidadas as estruturas cristalinas de algumas das PAPs, pôde-se definir um

sítio ativo comum para as mesmas (Figura 4) e dessa forma, naturalmente,

iniciou-se um período de desenvolvimento de ligantes simétricos e não-simétricos,

mais elaborados para a mimetização do centro ativo dessas metaloenzimas.

A assimetria desses centros tem sido explorada apenas recentemente

utilizando-se ligantes não-simétricos, os quais resultam em diferentes graus de

acidez de Lewis nos centros metálicos. Tal fator é de fundamental importância

uma vez que os centros ativos presentes nessas macromoléculas apresentam um

metal divalente e outro trivalente.66-80

Levando em conta esses fatores, uma das estratégias mais promissoras

para o desenvolvimento de ligantes não-simétricos é a utilização de um centro

espaçador como mostrado na Figura 7, que proporciona a formação de pontes do

tipo μ-alcoxo ou μ-fenoxo e de braços pendentes contendo grupos doadores que

mimetizem os resíduos de aminoácidos coordenados aos centros metálicos no

sítio catalítico.5,45,47,49,56,57,61,63,64,75-84

Em complexos modelos para as PAPs os resíduos de aminoácidos

presentes nas metaloenzimas têm sido mimetizados por grupos imidazólicos,

benzimidazólicos, piridínicos, fenólicos, imínicos e amínicos e amídicos. Os

45

grupos aromáticos podem ainda possuir substituintes diversos em seus

anéis.5,45,47,49,56,63,75,76,78,79,82,84 Outros fatores de relevância na mimetização das

PAPs por modelos são: a distância intermetálica, a presença de uma ponte

exógena (μ-hidroxo), a assimetria e o ambiente de coordenação dos centros

metálicos, bem como a presença de sítios lábeis que são essenciais ao processo

catalítico.5,81,82

R

OH

NNR

R

R

R

1

2

34

5

OH

NNR

R

R

R

1 2

3 4

Figura 7. Estrutura geral para ligantes binucleantes, onde R correspondem aos

braços pendentes contendo os grupos N,O-doadores.

Utilizando os espaçadores descritos na Figura 7 destacam-se os ligantes

H2BPBPMP76 e o H2BTPPNOL61, que além de proporcionarem um caráter não-

simétrico ao complexo, apresentam apenas um braço fenólico terminal

aproximando-se então do ambiente de coordenação das PAPs.

O complexo não-simétrico [FeIIIFeII(BPBPMP)(OAc)2]ClO4 (onde BPBPMP

é a forma desprotonada do ligante H2BPBPMP)45,47 apresentou propriedades

eletroquímicas similares a enzima ufPAP, porém com características cromofóricas

diferentes da encontrada na mesma macromolécula em questão.17 Já os

complexos [Fe2III(BTPPNOL)(OAc)2]2+ e [FeIIIFeII(BTPPNOL)(OAc)2]+ (onde

BTPPNOL é a forma desprotonada do ligante H2BTPPNOL)63 podem ser

considerados análogos para as propriedades cromofóricas das PAPs nas formas

oxidadas e reduzida, respectivamente. Entretanto as propriedades eletroquímicas

desses complexos diferem em 300 mV do potencial determinado para a ufPAP16.

46

Neves e colaboradores têm reportado complexos homo e

heterobinucleares, com base no ligante não simétrico H2BPBPMP (Figura 8),

capazes de atuar na hidrólise do substrato modelo bis(2,4-dinitrofenilfosfato) (2,4-

BDNPP).45,47-49,57,75,76,78,79,81,84

CH3

OH

NN

N N

N

HO

Figura 8. Fórmula estrutural do ligante heptadentado H2BPBPMP.76

Foram reportados complexos de FeIIIMnII 76, FeIIIFeII 47, FeIIINiII 78, FeIIICuII,34

FeIIIZnII 75,81,84, GaIIIFeII 85, GaIIINiII 86, GaIIIZnII 79, GaIIICuII 79 entre outros,

envolvendo estudos de reatividade frente à hidrólise do 2,4-BDNPP87 e o ligante

H2BPBPMP76.

Dentre estes, o que apresentou maior atividade na hidrólise do substrato

2,4-BDNPP foi o complexo [FeIIICuII(BPBPMP)(OH)(H2O)](ClO4)2 , com os

seguintes parâmetros cinéticos: kcat = 16,5x10-4 s-1, KM = 15,0x10-3 mol.L-1, e um

fator de aceleração sobre a reação não catalisada de 9.200 vezes.81

Já o complexo [FeIIIZnII(OH)(H2O)(BPBPMP)](ClO4)2, obtido por

Lanznaster81, representa o primeiro modelo estrutural para o sítio ativo da kbPAP

com somente um grupo fenolato terminal, uma ponte hidróxido e uma molécula de

água ligada ao sítio de FeIII e apresentou os seguintes parâmetros cinéticos:

kcat = 9,1 x 10-4 s-1, KM = 4,2 x 10-3 mol.L-1 e fator de aceleração de 4.800 vezes.81

47

Assim, através do estudo estrutural, espectroscópico e de reatividade,

busca-se elucidar o mecanismo através do qual ocorre o processo catalítico nos

complexos, podendo então auxiliar em questões do tipo: forma de coordenação

do substrato ou a proveniência do íon hidróxido responsável pelo ataque

nucleofílico nas PAPs.

Tendo em vista a atual realidade a respeito da síntese, caracterização e

reatividade de compostos modelo para as PAPs, esse trabalho visa a exploração

das propriedades químicas e espectroscópicas da substituição dos íons metálicos

nativos às PAPs (Fe, Zn, Mn) por íons GaIII e CoII através da obtenção de

complexos não-simétricos de ferro(III)cobalto(II) e gálio(III)cobalto(II) como

análogos sintéticos para o sítio ativo das PAPs com o ligante H2BPBPMP76.

Pretende-se ainda avaliar a reatividade dos complexos modelos

sintetizados buscando contribuir com informações que possam auxiliar na

elucidação do mecanismo da metaloenzima em questão, uma vez que modelos

para PAPs-cobalto e PAPs-gálio-cobalto-substituidas com ligantes não-simétricos

ainda não foram descritos na literatura.

2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO PRINCIPAL

Sintetizar e caracterizar novos complexos heterobinucleares não-

simétricos de FeIIICoII e GaIIICoII, modelos estruturais e/ou funcionais

para o sítio ativo das fosfatases ácidas púrpuras metalo-subtituídas.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Síntese e caracterização do ligante polidentado não simétrico

H2BPBPMP76 contendo grupos N,O-doadores piridínicos e fenólicos

adequados e unidade central μ-fenoxo, buscando mimetizar o ambiente

de coordenação dos metais presentes no sítio ativo das PAPs.

Síntese e caracterização de dois novos compostos de coordenação

heterobinucleares de FeIIICoII e GaIIICoII, empregando o ligante

polidentado H2BPBPMP76, buscando a unidade estrutural

[MIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc2)]ClO4 (onde MIII = Fe e Ga).

Estudo de reatividade destes complexos frente ao substrato bis(2,4-

dinitrofenil)fosfato, buscando auxiliar e esclarecer o papel da

substituição dos íons metálicos nativos sítio catalítico e auxiliar na

elucidação do mecanismo de hidrólise de diésteres de fosfato

catalisados pelas PAPs.

3 PARTE EXPERIMENTAL

3.1 MATERIAIS, MÉTODOS E INSTRUMENTAÇÃO

3.1.1 MATERIAIS

Os seguintes reagentes, materiais, gases e solventes empregados nas

sínteses e análises, foram adquiridos de fontes comerciais e utilizados sem

purificação prévia: p-cresol, 2-(2-aminometil)piridina, salicilaldeído, trietilamina,

hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, formaldeído 37%, bicarbonato de sódio,

paládio/carbono 5%, ácido clorídrico 37%, bicarbonato de sódio, sulfato de sódio

anidro, argônio 5.0, hidrogênio, borohidreto de sódio, hidróxido de lítio, clorofórmio

deuterado, água deuterada, brometo de potássio grau espectroscópico, cloreto

de potássio, cloreto de tionila, oxocloreto de fósforo, piridina, acetato de cobalto(II)

tetrahidratado, perclorato de ferro(III) nonahidratado, nitrato de gálio(III) hidratado,

tampões biológicos MES, HEPES, CHES e TRIS, perclorato de lítio

hexahidratado, acetato de sódio anidro, acetato de sódio trihidratado, ferroceno,

acetonitrila UV/HPLC, acetonitrila PA, diclorometano PA, isopropanol PA, metanol

PA, tetrahidrofurano PA, etanol absoluto, éter etílico PA. Foram purificados antes

de utilizados os seguintes reagentes: hexafluorfosfato de tetrabutilamônio

(recristalizado em etanol)88, 2-piridinacarboxialdeído (destilado à pressão

reduzida), 2,4-dinitrofenol (recristalizado em clorofórmio).87 O composto bis-(2,4-

dinitrofenil)fosfato (2,4-BDNPP) foi sintetizado, purificado e caracterizado de

acordo com procedimentos descritos na literatura.87

50

3.1.2 MÉTODOS E INSTRUMENTAÇÃO

3.1.2.1 Análise elementar de C, H e N

As medidas para a determinação dos percentuais de carbono, hidrogênio e

nitrogênio foram realizadas em um analisador elementar de CHNS - Carlo Erba

modelo E-1110, na Central de Análises do Departamento de Química – UFSC.

3.1.2.2 Condutimetria

As análises de condutividade molar foram efetuadas em um condutivímetro

Schott-Geräte CG 853, utilizando-se acetonitrila (grau espectroscópico) e

concentrações de 1,0 x 10-3 mol.L-1 das espécies a serem analisadas, no

Laboratório de Bioinorgânica e Cristalografia, Departamento de Química – UFSC.

As análises foram realizadas após a calibração do equipamento com solução

padrão de KCl (0,01 mol.L-1 - ΛM = 1408 Ω-1.cm2.mol-1)89 a temperatura de

25,00 ± 0,05 °C estabilizada com auxílio de um banho termostatizado.

3.1.2.3 Espectroscopia no infravermelho - IV

Os espectros na região do infravermelho foram obtidos em um

espectrofotômetro Perkin Elmer FTIR-2000, na região de 4000 a 500 cm-1 no

Laboratório de Bioinorgânica e Cristalografia, Departamento de Química – UFSC.

As amostras sólidas foram analisadas em pastilha de KBr (grau espectroscópico)

e as amostras líquidas em filme.

51

3.1.2.4 Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de Hidrogênio

Os espectros de RMN 1H foram obtidos em um espectrofotômetro Brucker-

FT 200 MHz, na Central de Análises do Departamento de Química – UFSC. Os

deslocamentos químicos de hidrogênio foram registrados em ppm utilizando como

referência interna tetrametilsilano (TMS, δ = 0,00 ppm) e água ou clorofórmio

deuterados como solvente.

3.1.2.5 Espectroscopia eletrônica – UV/Vis/IVP

Os espectros eletrônicos nas regiões do ultravioleta, visível e infravermelho

próximo foram obtidos em um espectrofotômetro Perkin-Elmer modelo Lambda-

19, no Laboratório de Bioinorgânica e Cristalografia, Departamento de Química –

UFSC. As análises foram realizadas utilizando-se solventes de grau

espectroscópicos e cubetas de quartzo com capacidade para 4 mL e 1 cm de

caminho óptico. Experimentos no estado sólido (reflectância difusa) foram

realizados no mesmo equipamento (através de um módulo acoplável) onde as

amostras foram dispersas em pastilha de KBr.

3.1.2.6 Eletroquímica

O comportamento redox dos complexos foi investigado por voltametria

cíclica e/ou voltametria de onda quadrada em um potenciostato-galvanostato PAR

modelo 273, no Laboratório de Bioinorgânica e Cristalografia, Departamento de

Química – UFSC. Os experimentos foram realizados em solução de acetonitrila,

52

sob atmosfera de argônio. Nestes experimentos utilizou-se hexafluorfosfato de

tetrabutilamônio (TBAPF6) (0,1 mol.L-1) como eletrólito suporte e uma célula

eletrolítica com três eletrodos: eletrodo de trabalho – platina; eletrodo auxiliar –

platina; eletrodo de referência – Ag/Ag+. Para correção do eletrodo de referência

utilizou-se o par redox ferrocínio/ferroceno como padrão interno.90

3.1.2.7 Difratometria de Raios X

As análises de difração de raios X de monocristal dos complexos foram

realizadas na Central de Análises do Departamento de Química – UFSC pelo

Prof. Dr. Adailton João Bortoluzzi. Os dados foram coletados em um difratômetro

Enraf-Nonius CAD-4 equipado com um tubo de molibdênio (MoKα λ = 0,71073 Å)

e monocromador de grafite à temperatura ambiente. As estruturas cristalinas

foram resolvidas através de métodos diretos com a utilização do programa

SHELXS9791 e refinados pelo método dos mínimos quadrados com matriz

completa, com a utilização do programa SHELXL97.92 As representações gráficas

das estruturas moleculares foram geradas utilizando o programa ORTEP93.

3.1.2.8 Espectroscopia Mössbauer

Os espectros Mössbauer foram efetuados no Departamento de Física pelo

Prof. Dr. Valderes Drago. Todas as medidas de efeito Mössbauer foram

realizadas com uma fonte de Co em matriz de Rh com atividade de 24 mCi,

utilizando-se nitroprussiato de sódio como calibrador. O sistema utilizado está

descrito detalhadamente na dissertação de mestrado de Maurício A. C. de Melo.94

53

3.1.2.9 Titulação potenciométrica

As constantes de protonação para os complexos foram determinadas por

titulação potenciométrica no Laboratório de Equilíbrio Químico, Departamento de

Química – UFSC. Estes experimentos foram realizados em solução etanol/água

(70:30 % V/V) devido à baixa solubilidade dos complexos em água. Utilizou-se um

pHmetro Corning 350 acoplado a um eletrodo de vidro combinado (Ag/AgCl), o

qual foi previamente calibrado com uma solução de HCl (0,010 mol.L-1). Foi

utilizada uma solução padrão de KOH (0,100 mol.L-1) em etanol/água 70/30 %,

em uma célula termostatizada a 25,00 ± 0,05 °C para leitura direta de pH (p[H] = -

log[H+]). As soluções foram preparadas com água bidestilada (na presença de

KMnO4 e, posteriormente fervida) e etanol absoluto. As medidas foram realizadas

em uma célula termostatizada a 25,00 ± 0,05 °C contendo uma solução do

complexo (0,05 mmol) em 50 mL de solução etanol/água (70:30 % V/V) e a força

iônica ajustada em 0,100 mol.L-1 com KCl, sob fluxo de argônio para eliminar a

presença de CO2 atmosférico. As soluções de complexos tiveram o pH ajustado

para próximo de 3,0 pela adição de 10 mL de HCl 0,010 mol.L-1 resultando em um

volume final de 60 mL e foram tituladas com uma solução padrão de KOH 0,100

mol.L-1 com a adição de alíquotas de 0,05 mL até pH ≈ 12,0 com o auxílio de uma

bureta Schott Geräte modelo T 80/20. As adições sucessivas de base foram

realizadas após a obtenção de valores constantes de pH. O pKw da solução

etanol/água 70:30 % V/V contendo 0,100 mol.L-1 de KCl utilizado para os cálculos,

foi 14,72(2).95 As titulações foram realizadas em triplicata e os valores

apresentados referem-se à média dos três experimentos. As constantes de

equilíbrio foram calculadas com o programa BEST796 e os diagramas de

54

distribuição das espécies presentes em solução em função do pH foram obtidos

com os programas SPE96 e SPEPLOT96, através de uma colaboração com o Prof.

Dr. Bruno Szpoganicz.

3.1.2.10 Reatividade

A atividade catalítica dos complexos foi avaliada através da reação de

hidrólise do substrato modelo bis-(2,4-dinitrofenil)fosfato (2,4-BDNPP), o qual foi

sintetizado de acordo com o método descrito por Bunton.87 Foram medidos o

ponto de fusão e o espectro de RMN 1H para confirmar a pureza do composto. Os

experimentos para avaliar a reatividade foram realizados em triplicata sob

condições de excesso de substrato monitorando-se, em um espectrofotômetro

UV-Vis Varian Cary 50 BIO acoplado a um banho termostatizado, a variação de

absorvância ocorrida em 400 nm (ε = 12100 L.mol-1.cm-1), relacionada à liberação

do ânion 2,4-dinitrofenolato,78,79 como produto da reação de hidrólise. As reações

foram monitoradas até 5% de conversão de substrato a produtos e os dados

foram tratados pelo método das velocidades iniciais.97 As velocidades iniciais

foram obtidas diretamente do gráfico da concentração de substrato versus o

tempo.

Os estudos da variação das velocidades iniciais em função do pH para

atividade de hidrólise dos complexos, os quais visam a obtenção do pH ótimo de

atividade frente à hidrólise do substrato (2,4-BDNPP) e pKas cinéticos para cada

complexo, foram realizados em uma faixa de pH entre 3,50 e 10,00 a 25 °C.

Utilizaram-se cubetas de quartzo e/ou vidro óptico com capacidade para 4 mL e

caminho óptico de 1 cm, seladas com tampa de teflon, nas quais foram

55

adicionados 1,5 mL de solução aquosa (0,1 mol.L-1) do tampão (MES pH 3,50, a

6,50; HEPES pH 7,00 a 8,50; CHES pH 9,00 a 10,00) com força iônica mantida

constante (I = 0,1 mol.L-1, LiClO4), 200 μL de uma solução do complexo em

acetonitrila ([C]final = 4,0x10-5 mol.L-1), e 1,0 mL de acetonitrila. A reação foi

iniciada com a adição de 800 μL de uma solução em acetonitrila do substrato

([S]final = 5,0x10-3 mol.L-1).

Os experimentos de variação da concentração de substrato foram

realizados como descrito a seguir: 1,5 mL de solução aquosa de tampão HEPES,

pH 7,00 ([T]final 5,0x10-2 mol.L-1), 200 μL de uma solução, em acetonitrila, de

complexo ([C]final = 4,0x10-5 mol.L-1) e acetonitrila foram adicionados em cubetas

de quartzo ou vidro, com 1 cm de caminho óptico, a 25 °C. A reação foi iniciada

com a adição de volumes variando de 100 μL a 900 μL de solução, em

acetonitrila, do substrato 2,4-BDNPP ([S]final 6,67x10-4 – 6,0x10-3 mol.L-1).

Correções da hidrólise espontânea do substrato 2,4-BDNPP foram realizadas sob

condições idênticas, sem a adição do complexo. As velocidades iniciais foram

obtidas da inclinação da curva da absorvância versus tempo nos primeiros 5

minutos de reação.97

A determinação do número de moléculas de substrato hidrolisadas por

molécula de complexo foi realizada pelo acompanhamento espectrofotométrico

em 445 nm (ε = 3600 L.mol-1.cm-1)79 na condição de 50 vezes de excesso do

substrato (2,0x10-3 mol.L-1) em relação ao complexo (4,0x10-5 mol.L-1), em pH 7,0

a 25 °C. Realizou-se também o acompanhamento da reação estequiométrica (1:1)

em 400 nm entre os complexos (4,0x10-5 mol.L-1) e o substrato (4x10-5 mol.L-1),

em pH 7,0 a 50 °C por 40 horas, buscando contabilizar a liberação de uma ou

56

duas unidades de 2,4-dinitrofenolato (2,4-DNP) hidrolisada por molécula de

complexo.

O estudo do efeito isotópico de deutério na hidrólise do 2,4-BDNPP pelos

complexos foi realizado pelo acompanhamento de duas reações paralelas onde

as soluções tampão HEPES pH e pD 7,0 foram previamente preparadas em H2O

e D2O. As reações foram monitoradas, sob condições de 125 vezes de excesso

do substrato, em 400 nm para ambos os complexos.

A fim de ser avaliada da concentração de íons acetato e fosfato (testes

inibitórios) na reação de hidrólise do 2,4-BDNPP pelos complexos estudados

realizou-se um experimento sob condições de 100 vezes de excesso de

substrato (4,0x10-3 mol.L-1) em relação aos complexos (4,0x10-5 mol.L-1)

estudados, onde à solução de tampão foi adicionado NaOAc e Na2HPO4

ajustados em concentrações de 2,68.10-2 mol.L-1 e 2,42.10-2 mol.L-1,

respectivamente. A reação foi iniciada com a adição de volumes variando de: 0 μL

a 170 μL de solução tampão com o NaOAc ([Inibidor]final de 0 – 1,6.10-3 mol.L-1) e

0 μL a 40 μL de solução tampão com o HPO42- ([Inibidor]final de 0 – 3,23.10-4

mol.L-1).

Em todos os experimentos cinéticos a correção da hidrólise espontânea do

substrato foi realizada através da diferença direta, ou seja, experimentos em

condições idênticas exceto pela ausência do complexo foram acompanhados em

paralelo, e a constante da reação não catalisada descontada da constante total de

reação.

57

3.2 SÍNTESE DO LIGANTE

3.2.1 SÍNTESE DO 2-CLOROMETIL-4-METIL-6-FORMILFENOL – CMFF

O núcleo básico CMFF foi preparado em duas etapas. Na primeira etapa,

preparou-se o 2-hidróxi-5-metilbenzaldeído (HMB) através de uma reação de

formilação do p-cresol baseada no procedimento descrito na literatura para a

reação de Reimer-Tiemann.99

Em um balão de 5 L, equipado com condensador e agitador mecânico,

adicionaram-se 3 L de clorofórmio e 173,71 g de p-cresol (1,6 mol, 108,14 g.mol-1,

1,034 g.mL-1). O balão de três bocas foi colocado em um banho com temperatura

controlada entre 56 e 60 °C e, sob agitação, adicionaram-se 480 g de NaOH

(12 mol, 40 g.mol-1), previamente dissolvidos em 300 mL de água destilada, em

pequenas porções durante as 3 primeiras horas de reação. (A adição do NaOH

precisou ser feita de forma lenta e cuidadosa, pois a reação é muito exotérmica).

A mistura reacional foi mantida sob agitação e refluxo por mais uma hora e então

deixou-se resfriar até a temperatura ambiente. A seguir, adicionou-se cerca de

1,5 L de água destilada e, ainda sob agitação, iniciou-se a acidificação com HCl

concentrado até pH 2. A fase orgânica foi então separada, lavada com água

destilada, seca com Na2SO4 anidro e o solvente evaporado à pressão reduzida. O

material restante (óleo preto viscoso) foi destilado à pressão reduzida com auxílio

CMFF

CH3

OH

CH3

OH

O

HMBp-cresol

CH3

OH

OClCHCl3

NaOH HCHO

HCl

58

de uma coluna vigreaux de 40 cm (55 – 65 °C a 0,1 mm Hg). Obtiveram-se

100,01 g (0,73 mol, 136,15 g.mol-1) de 2-hidróxi-5-metilbenzaldeído (HMB) como

um sólido branco cristalino com rendimento de 46% em relação ao p-cresol. P.F.:

56 oC (Catálogo Aldrich 54-57 °C)88. O HMB foi caracterizado por IV (Figura 9) e

RMN 1H (Figura 10). IV (KBr), em cm-1: ν (O-H) 3355; ν (C-Har e C-Halif) 3024-

2864; ν (C-Hald) 2738; ν (C=O) 1658; ν (C=C) 1610-1590; δ (O-H) 1372; ν (C-

Ofenol) 1282; δ (C-Har) 742.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 50020

30

40

50

60

70

80

90

100

% T

cm-1

Figura 9. Espectro no IV do HMB em pastilha de KBr.

RMN 1H - δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 2,34 (s, 3 H, CH3); 6,90 (d, 1 H, CHar);

7,34 (dd, 2 H, CHar); 9,85 (s, 1 H, CHald); 10,84 (s, 1 H, OHfenol – troca com D2O).

59

Figura 10. Espectro de RMN 1H do HMB em CDCl3.

Na segunda etapa, o CMFF foi obtido pela reação de clorometilação do

HMB com formaldeído e ácido clorídrico conforme exposto a seguir: em um balão

de três bocas, com capacidade de 1 L, adicionaram-se 32,0 g de 2-hidróxi-5-

metilbenzaldeído HMB (0,235 mol, 136,15 g.mol-1), 37,5 mL de formaldeído 37%

(30,03 g.mol-1; 1,04 g.mL-1) e 390 mL de ácido clorídrico concentrado. A mistura

reacional permaneceu sob agitação e refluxo durante 30 minutos e, em seguida,

foi resfriada em banho de gelo, formando uma massa avermelhada compacta no

fundo do balão, a qual foi triturada, filtrada sob vácuo e lavada com HCl

concentrado. Nesta etapa, um óleo avermelhado é separado do sólido pela

compactação do produto no funil. O sólido branco obtido foi solubilizado em uma

quantidade mínima de diclorometano a quente e deixado sob banho de gelo para

cristalizar. O sólido branco obtido foi seco em dessecador com sílica, sob vácuo,

por 12 horas e estocado sob argônio a temperatura inferior a -10 °C. Obtiveram-se

41,2 g (0,223 mol, 184,62 g.mol-1) do sólido branco, 2-clorometil-4-metil-6-

formilfenol (CMFF), com rendimento de 95% em relação ao HMB. P.F.: 95-96 °C.

60

O CMFF foi caracterizado por IV (Figura 11) e RMN 1H (Figura 12). IV (KBr) em

cm-1: ν (C-Har e C-Halif) 3048-2852; ν (C-Hald) 2749; ν (C=O) 1664;

ν (C=C) 1600-1590; δ (O-H) 1378; ν (C-Ofenol) 1257; δ (C-Har) 703; ν (C-Cl) 613.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 50020

30

40

50

60

70

80

90

100

% T

cm-1

Figura 11. Espectro no IV do CMFF em pastilha de KBr.

RMN 1H - δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 2,35 (s, 3 H, CH3); 4,67 (s, 2 H, CH2);

7,35 (s, 1 H, CHar); 7,46 (s, 1 H, CHar) ; 9,86 (s, 1 H, CHald); 11,25 (s, 1 H, OHfenol).

61

Figura 12. Espectro de RMN 1H do CMFF em CDCl3.

ATENÇÃO: Durante essa reação pode formar o composto bis-(clorometil)éter,

altamente tóxico e comprovadamente um potente agente carcinogênico. Portanto,

essa reação deve ser realizada em capela com boa exaustão, utilizando-se

máscara e luvas, e todo o material utilizado deve ser lavado com solução alcalina

(por exemplo, etanol/água/KOH: 60 mL/40 mL/5 g, na capela), pois o bis-

(clorometil)éter é rapidamente hidrolisado a formaldeído na presença de base. A

solução reacional e todos os resíduos devem ser descartados somente após

correção do pH (pH>9,0) por adição de hidróxido de sódio ou potássio.

62

3.2.2 SÍNTESE DO N-BIS-(2-PIRIDILMETIL)AMINA – BPMA

O ligante BPMA foi sintetizado por uma reação de aminação redutiva

através de modificação do procedimento descrito na literatura.44

10,8 g de 2-(aminometil)piridina (100 mmol; 108,14 g.mol-1; 1,04g.mL-1)

foram solubilizados em 50 mL de metanol e mantidos em banho de gelo. À esta

solução, adicionaram-se, lentamente e sob agitação, 10,7 g de 2-

piridinacarboxialdeído (100 mmol; 107,11 g.mol-1; 1,12 g.mL-1). Após a adição,

retirou-se o banho de gelo e a reação permaneceu sob agitação por mais uma

hora. Em seguida transferiu-se a solução para um recipiente apropriado, contendo

1,0 g de paládio/carbono 5%, que ficou sob agitação e em atmosfera de

hidrogênio a 40 psi durante 15 horas. A solução foi então separada do catalisador

por filtração e o solvente foi retirado em rotaevaporador. Para eliminação

completa do solvente, deixou-se o balão sob vácuo (0,1 mm Hg) por 12 horas

aquecido a 40 °C. Foram obtidos 19,7 g do produto BPMA como um óleo amarelo,

com rendimento quantitativo (98 mmol; 199,26 g.mol-1). O BPMA foi caracterizado

por IV (Figura 13) e RMN 1H (Figura 14). IV (KBr) em cm-1: ν (N-H) 3300; ν (C-Har

e C-Halif) 3062-2828; ν (C=N e C=C) 1592-1434; ν (C-N) 1148; δ (C-Har) 758.

NNH2

NO

+

N

NH

N

H2 / Pd/CN

NH

N

CH3OH0º C

BPMA

63

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

20

40

60

80

100

% T

cm-1

Figura 13. Espectro no IV do BPMA em pastilha de KBr.

RMN 1H - δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 2,90 (s, 1 H, NH); 3,99 (s, 4 H, CH2);

7,15 (dd, 2 H, CHar); 7,35 (d, 2H, CHar); 7,63 (dt, 2H, CHar); 8,56 (d, 2 H, CHar).

Figura 14. Espectro de RMN 1H do BPMA em CDCl3.

64

ATENÇÃO: Embora nenhum problema tenha sido encontrado durante as

reações de redução via hidrogenação catalítica, o manuseio do catalisador (Pd/C

5%) em presença de metanol deve ser cauteloso devido à possibilidade de

combustão espontânea.

3.2.3 SÍNTESE DO N-(2-HIDROXIBENZIL)(2-PIRIDILMETIL)AMINA – HBPA

O ligante HBPA foi sintetizado através do procedimento descrito na

literatura.44

A uma solução metanólica de 15,8 mL de 2-hidróxibenzaldeído (0,15 mol;

122,12 g.mol-1; 1,16 g.mL-1) adicionaram-se, sob agitação magnética e banho de

gelo, 15,6 mL de 2-(aminometil)piridina (0,15 mol; 108,14 g.mol-1; 1,04g.mL-1).

Deixou-se a mistura reacional sob agitação por mais 60 minutos e, em seguida,

adicionaram-se 5,7 g (0,15 mol; 37,82 g.mol-1) de borohidreto de sódio, em

pequenas porções. Deixou-se reagir por mais uma hora e então se ajustou o pH,

com HCl 2,0 mol.L-1, para 6,0. O solvente foi seco em rotaevaporador e, ao óleo

restante, adicionou-se clorofórmio, que foi lavado por oito vezes com uma solução

saturada de bicarbonato de sódio. A fase orgânica foi seca com sulfato de sódio

anidro, filtrada e o solvente foi retirado em rotaevaporador. O óleo amarelo claro

restante foi transferido para um béquer e deixado em dessecador com sílica sob

vácuo para precipitação do produto. O precipitado branco foi lavado com

HBPA

NNH2 O

OH

+ NH

N

OH

CH3OH0º C

NH

N

OH

NaBH4

65

isopropanol gelado e filtrado sob vácuo, obtendo-se no total 25,7 g do HBPA (0,12

mol; 214,27 g.mol-1), com rendimento de 80% com relação ao 2-

hidróxibenzaldeído. O HBPA foi caracterizado por IV (Figura 15) e RMN 1H

(Figura 16). IV (KBr) em cm-1: ν (N-H) 3462; ν (C-Har e C-Halif) 3080-2853; ν (C=N

e C=C) 1612-1432; δ (O-H) 1310; ν (C-O) 1260; δ (C-Har) 725.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 5000

20

40

60

80

100

% T

cm-1

Figura 15. Espectro no IV do HBPA em pastilha de KBr.

RMN 1H, δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 3,94 (s, 2H); 4,02 (s, 2H); 6,3 (1H, NH);

6,71-6,83 (m, 2H); 6,95-7,03 (m, 1H); 7,21-7,31 (m, 3H); 7,7 (dt, 1H); 8,55 (d, 1H).

66

Figura 16. Espectro de RMN 1H do HBPA em CDCl3.


FORMILFENOL – BPMAMFF

A obtenção do BPMAMFF foi realizada através de uma reação de

substituição nucleofílica com modificações na rota sintética descrita na literatura.76

Colocaram-se, em um balão de fundo redondo, 5,6 g de CMFF

(30 mmol; 184,62 g.mol-1) dissolvidos em 80 mL de diclorometano. A esta

solução, resfriada a 0 °C em banho de gelo, adicionou-se, lentamente e sob

agitação, uma solução contendo BPMA (6,0 g, 30 mmol; 199,26 g.mol-1) e

trietilamina (3,05 g, 30 mmol; 101,19 g.mol-1; 0,72 g.mL-1), dissolvidos em 80 mL

CH3

OH

OCl

N

NH

N

CH3

OH

ON

N

N

+Et3N

CH2Cl2

CMFF BPMA BPMAMFF

67

de diclorometano, com auxílio de um funil de adição. Completada a adição, tirou-

se o banho de gelo e deixou-se a mistura reacional sob agitação por mais 3 horas

à temperatura ambiente. A solução resultante foi transferida para um funil de

separação onde foi lavada, por oito vezes, com uma solução aquosa saturada de

bicarbonato de sódio. A fase orgânica foi seca com sulfato de sódio anidro,

filtrada, e o solvente evaporado no rotaevaporador, a 40 °C. O óleo amarelo

resultante foi dissolvido em 40 mL de isopropanol quente, transferido para um

béquer e levado ao freezer para precipitação. Após algumas horas o produto

sólido foi filtrado, lavado com isopropanol gelado e guardado em dessecador com

sílica. Obtiveram-se 8,0 g (23 mmol; 347,42 g.mol-1) do BPMAMFF com

rendimento de 77%. P.F.: 127-130 °C. O BPMAMFF foi caracterizado por IV

(Figura 17) e RMN 1H (Figura 18). IV (KBr), em cm-1: ν (C-HAr e C-HAlif) 3038-2849;

ν (C=O) 1680; ν (C=N e C=C) 1591-1437; δ (O-Hfenol) 1378; ν (C-Ofenol) 1276; ν (C-

N) 1114; δ (C-HAr) 773.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 5000

20

40

60

80

100

% T

cm-1

Figura 17. Espectro no IV do BPMAMFF em pastilha de KBr.

68

RMN 1H - δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 2,27 (s, 3H, CH3); 3,80 (s, 2H, CH2);

3,89 (s, 4H, CH2); 7,21 (m, 3H, CHAr); 7,44 (m, 3H, CHAr); 7,65 (dt, 2H, CHAr); 8,58

(d, 2H, CHAr); 10,43 (s, 1H, CHaldeído).

Figura 18. Espectro de RMN 1H do BPMAMFF em CDCl3.

3.2.5 SÍNTESE DO CLORIDRATO DE 2-[N-BIS-(2-PIRIDILMETIL)AMINOMETIL]

-4-METIL-6-CLORO METILFENOL - BPMAMCF.HCL

A reação foi realizada de acordo com a rota sintética descrita na

literatura.76 Na primeira etapa, 13,6 g (39 mmol; 347,42 g.mol-1) de BPMAMFF

foram dissolvidos, sob agitação magnética, em uma mistura contendo 50 mL de

tetrahidrofurano e 20 mL de metanol. À esta solução adicionaram-se, em

BPMAMFF BPMAMHF BPMAMCF . HCl

H+

CH3

OH

ON

N

N

CH3

OH

OHN

N

N

THF/CH3OHNaBH4

CH2Cl2

SOCl2

Cl-

CH3

OH

ClN

N

N

69

pequenas porções, 1,5 g (39 mmol; 37,82 g.mol-1) de borohidreto de sódio,

deixando a solução incolor ao final da adição. Após mais uma hora, o pH da

reação foi ajustado para 7,0 pela adição de HCl 2,0 mol.L-1. O solvente foi retirado

em rotaevaporador e, ao óleo viscoso restante no balão, adicionaram-se 100 mL

de diclorometano e 50 mL de água. Esta mistura foi transferida para um funil de

separação e a fase orgânica foi lavada por oito vezes com uma solução aquosa

saturada de bicarbonato de sódio e seca com sulfato de sódio anidro. O solvente

foi evaporado a pressão reduzida, restando um óleo viscoso sob a forma de uma

espuma branca, que foi seco em um dessecador com sílica sob vácuo.

Obtiveram-se 13,3 g (38 mmol; 349,43 g.mol-1) do 2-[N-bis-

(piridilmetil)aminometil]-4-metil-6-hidroximetilfenol BPMAMHF, com rendimento de

98 % em relação ao BPMAMFF. O BPMAMHF foi caracterizado (Figura 19) e

RMN 1H (Figura 20). IV (KBr), em cm-1: ν(O-Hfenol) 3461; ν (C-HAr e C-HAlif) 3043-

2828; ν (C=N e C=C) 1592-1436; δ (O-Hfenol) 1363; ν (C-Ofenol) 1228; δ (C-HAr)

771.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

40

50

60

70

80

90

100

% T

cm-1

Figura 19. Espectro no IV do BPMAMHF em pastilha de KBr.

70

RMN 1H - δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 2,23 (s, 3 H); 3,76 (s, 2 H); 3,88 (s, 4 H);

4,73 (s, 2 H); 6,82 (s, 1 H); 6,95 (s, 1 H); 7,17 (t, 2 H); 7,32 (d, 2 H); 7,63 (m, 2 H);

8,56 (d, 2 H).

Figura 20. Espectro de RMN 1H do BPMAMHF em CDCl3.

Na segunda etapa, 13,3 g (38 mmol; 349,43 g.mol-1) de BMPAMHF foram

solubilizados em 60 mL de diclorometano sob agitação magnética, formando uma

solução incolor sobre a qual adicionou-se, gota a gota, 3,3 mL (46 mmol; 118,97

g.mol-1; 1,63 g.mL-1) de cloreto de tionila. Formou-se uma solução amarelo-clara

que foi deixada reagir por 30 minutos. Então o solvente foi retirado sob vácuo, a

40 °C; adicionaram-se mais 50 mL de diclorometano, que foi novamente

evaporado, este procedimento foi repetido por mais seis vezes. Formou-se uma

espuma branca que foi seca sob vácuo (0,1 mm Hg) a 40 °C por 24 horas,

obtendo-se 15,4 g do composto cloridrato de 2-[N-bis(2-piridilmetil)aminometil]-4-

metil-6-clorometilfenol (BPMAMCF.HCl) (38 mmol; 404,34 g.mol-1). O

BPMAMCF.HCl foi caracterizado por IV (Figura 21) e RMN 1H (Figura 22).

71

IV (KBr), em cm-1: ν(O-Hfenol) 3398; ν (C-HAr e C-HAlif) 3057-2870; ν (C=N e C=C)

1610-1465; δ (O-Hfenol) 1380; ν (C-Ofenol) 1213; δ (C-HAr) 765.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 50065

70

75

80

85

90

95

100%

T

cm-1

Figura 21. Espectro no IV do BPMAMCF.HCl em pastilha de KBr.

RMN 1H - δH (200 MHz; D2O), em ppm: 2,07 (s, 3 H); 3,71 (s, 2 H); 4,41 (2 s, 4 H);

6,73 (s, 1 H); 6,87 (s, 1 H); 7,87 (m, 4 H); 8,42 (t, 2 H); 8,64 (d, 2 H).

Figura 22. Espectro de RMN 1H do BMPAMCF.HCl em D2O.

72

3.2.6 SÍNTESE DO 2-[N-BIS-(2-PIRIDILMETIL)AMINOMETIL]-4-METIL-6-N’-[(2-

PIRIDILMETIL)(2-HIDRÓXI-BENZIL)AMINOMETIL]FENOL – H2BPBPMP

O ligante H2BPBPMP foi sintetizado de acordo com o descrito na

literatura.76 A 11,1 g de BPMAMCF.HCl (27,5 mmol; 404,34 g.mol-1), solubilizados

em 50 mL de CH2Cl2, foram adicionados 5,9 g (27,5 mmol, 214,27 g.mol-1) de

2-(hidroxibenzil)-2-(piridilmetil)amina (HBPA) e 3,4 g de trietilamina (33 mmol,

101,19 g.mol-1, 0,72 g.mL-1) resultando em uma solução alaranjada. A mistura

reacional foi deixada sob agitação e refluxo por 24 horas e então, com o auxílio de

um funil de separação, foi lavada por oito vezes (50 mL) com uma solução aquosa

saturada de bicarbonato de sódio. A fase orgânica foi seca com sulfato de sódio

anidro, filtrada e levada ao rotaevaporador para retirada do solvente. A espuma

amarela resultante foi solubilizada em acetona e colocada no freezer para

precipitação. Obtiveram-se 11,5 g (21,0 mmol, 545,7 g.mol-1) do ligante 2-[N-bis-

(2-piridilmetil)aminometil] -4- metil-6 -[N´-(2-hidroxibenzil)(2-piridilmetil)aminometil]

fenol (H2BPBPMP) com rendimento de 76 % baseado no HBPA. P.F.: 86-87 oC. O

ligante H2BPBPMP foi caracterizado por IV (Figura 23) e RMN 1H (Figura 24).

IV (KBr) em cm-1: ν (C-Har e C-Halif) 3054-2820; ν (C=C) 1590-1432; δ (O-H) 1375,

ν (C-Ofenol) 1255-1228; δ (C-Har) 756.

BPMAMCF . HCl HBPA

+

CH3

OH

N

N

N

N

N

HOCH3

OH

ClN

N

N

H+Cl-

Et3NCH2Cl2

NH

N

OH

H2BPBPMP

73

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 50030

40

50

60

70

80

90

100

% T

cm-1

Figura 23. Espectro no IV do H2BPBPMP em pastilha de KBr.

RMN 1H - δH (200 MHz; CDCl3), em ppm: 2,30 (s, 3 H); 3,74 (s, 2 H); 3,79 (s, 2 H);

3,85 (s, 8 H); 6,71-7,17 (m, 9 H); 7,37 (d, 3 H); 7,60 (t, 3 H); 8,56 (d, 3 H).

Figura 24. Espectro de RMN 1H do H2BPBPMP em CDCl3.

74

3.3 SÍNTESE DOS COMPLEXOS


METIL)AMINOMETIL]-4-METIL-6-N’-[(2-PIRIDILMETIL)(2-HIDRÓXIBENZIL

AMINOMETIL]-μ-FENOXO}-DI-μ-ACETATO-COBALTO(II)FERRO(III)

DIHIDRATADO – [FeIIICoII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 . 2 H2O – 1

CH3

OH

N

N

N

N

N

HO

FeCo

O

CH3

NN NN

N O O O OO

Cl

O-

OO O

(i) Co(OAc)2 . 4 H2O(ii) Fe(ClO4)3 . 9 H2O(iii) NaOAc

+ CH3OH (40 ºC)

Em um béquer contendo 20 mL de metanol dissolveu-se 0,273 g (0,5

mmol, 545,68 g.mol-1) do ligante H2BPBPMP, sob agitação e aquecimento

moderado. Sobre esta solução adicionaram-se 0,124 g (0,5 mmol; 249,08 g.mol-1)

de Co(OAc)2 . 4H2O (i). Em seguida, 20 mL de uma solução metanólica contendo

0,258 g (0,5 mmol, 516,33 g.mol-1) de Fe(ClO4)3.9H2O (ii), foi gotejada lentamente

sobre a solução reacional com o auxílio de um funil de adição cuja coloração

alterou-se imediatamente de castanha para púrpura. O aquecimento e agitação

foram mantidos por cerca de 20 minutos após os quais acrescentaram-se

0,0820 g (1,0 mmol, 82,03 g.mol-1) de NaOAc (iii). Após 10 minutos a solução

reacional foi filtrada e deixada em repouso por 24 horas, onde se formaram

monocristais púrpura adequados a resolução da estrutura cristalina por difração

de raios X. Rendimento baseado no ligante H2BPBPMP: 66 %; (0,3 mmol;

0,264 g; 912,02 g.mol-1).

75


METIL)AMINOMETIL]-4-METIL-6-N’-[(2-PIRIDILMETIL)(2-HIDRÓXIBENZIL

AMINOMETIL]-μ-FENOXO}-DI-μ-ACETATO-COBALTO(II)GÁLIO(III)

HIDRATADO – [GaIIICoII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 . H2O – 2

Em um béquer contendo 20 mL de metanol dissolveram-se 0,273 g

(0,5 mmol, 545,68 g.mol-1) do ligante H2BPBPMP, sob agitação e aquecimento

moderado. Sobre esta solução adicionou-se 0,124 g (0,5 mmol; 249,08 g.mol-1) de

Co(OAc)2 . 4H2O (i) e 20 mL de uma solução metanólica contendo 0,128 g (0,5

mmol; 255,74 g.mol-1) de Ga(NO3)3 (ii), foi gotejada lentamente sobre a solução

reacional com o auxílio de um funil de adição cuja coloração castanha não se

alterou significativamente. O aquecimento e agitação foram mantidos por cerca de

20 minutos e fez-se então a adição de 0,0820 g (1,0 mmol, 82,03 g.mol-1) de

NaOAc (iii) e 0,122 g (1,0 mmol; 122,44 g.mol-1) de NaClO4 (iv). Após 10 minutos

a solução foi filtrada e um precipitado microcristalino marrom foi isolado e

recristalizado em etanol cuja solução esta gerou monocristais castanhos

adequados à resolução da estrutura cristalina por difração de raios X. Rendimento

baseado no ligante H2BPBPMP: 42 % (0,2 mmol; 0,190 g; 907,86 g.mol-1).

ATENÇÃO: Embora nenhum problema tenha sido encontrado nas sínteses e

purificações dos complexos sempre devem ser tomadas precauções no manuseio

de sais de perclorato, por serem potencialmente explosivos.

CH3

OH

N

N

N

N

N

HO

GaCo

O

CH3

NN NN

N O O O OO

Cl

O-

OO O

(i) Co(OAc)2 . 4 H2O(ii) Ga(NO3)3(iii) NaOAc(iv) NaClO4

+ CH3OH (40 ºC)

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Nesta seção serão apresentadas as caracterizações e respectivas

discussões relativas às sínteses dos ligantes e complexos, bem como os testes

de reatividade dos complexos. A Figura 25 contém as representações dos

cátions complexos sintetizados no presente trabalho isolados sob a forma de sais

de perclorato.

FeCo

O

CH3

NN NN

N O O O OO

+

1

GaCo

O

CH3

NN NN

N O O O OO

+

2

Figura 25. Representações dos cátions complexos de 1 e 2.

4.1 CARACTERIZAÇÃO DO LIGANTE

O ligante binucleante H2BPBPMP76 foi obtido com bom rendimento de

acordo com rota sintética descrita na seção experimental. Esse composto foi

caracterizado por espectroscopia no infravermelho e ressonância magnética

nuclear de hidrogênio apresentando assim um elevado grau de pureza se

mostrando então adequado para a utilização nas sínteses dos complexos.

77

4.1.1 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO - IV

Todos os pró-ligantes e o ligante H2BPBPMP foram caracterizados por

espectroscopia no infravermelho e as principais bandas foram atribuídas100 com

base em semelhança, de modo a serem utilizadas para acompanhar a formação

dos compostos em cada etapa da reação. A Tabela 2 apresenta as principais

bandas e atribuições para o ligante binucleante H2BPBPMP.

Tabela 2. Principais bandas e atribuições,100 em cm-1, do espectro no

infravermelho para o ligante H2BPBPMP.

Atribuições Posições das bandas (cm-1)

ν(C-Har/C-Halif) 3060-2720

ν(C=C e C=N) 1595-1440

δ(O-H) 1370

ν(C-Ofenol) 1260

δ(C-Har) 760

Como pode ser observado na Tabela 2, destacam-se as bandas referentes

aos estiramentos das ligações C=C, C=N dos anéis piridínicos e fenólicos bem

como uma banda alargada em 1260 cm-1 referente ao estiramento da ligação C-O

do fenol. Modos vibracionais das deformações angulares fora do plano para

ligações O-H e C-HAr também podem ser distintamente assinaladas em 1370 e

760 cm-1, respectivamente.

78

4.1.2 ESPECTROSCOPIA DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR DE

HIDROGÊNIO - RMN 1H

A espectroscopia de RMN 1H também foi uma ferramenta bastante útil para

a caracterização de cada composto orgânico sintetizado. Os deslocamentos

químicos e a integração dos sinais observados nos espectros de RMN 1H

permitiram determinar o número de hidrogênios presentes em cada composto,

bem como distingui-los. Os valores de deslocamento químico (δH em ppm), o

número de hidrogênios correspondentes e as atribuições100 dos sinais do ligante

H2BPBPMP estão listados na Tabela 3.

Tabela 3. Deslocamentos químicos observados no espectro de

RMN 1H (esquerda) e atribuições100 (direita) para o composto H2BPBPMP.

OH

NN

N

N

N

OH

Hh

Hg

Hf

He

Hd Hd

Hd

Hd

HdHd

Hd

Hd

Hh

Hg

Hf

He

Hl

Hk

Hj

Hi

Hh

Hg

Hf

He

HcHcHbHb

HaHaHa

HmHm

4.2 CARACTERIZAÇÃO DOS COMPLEXOS

Os complexos 1 e 2 tiveram suas estruturas cristalinas determinadas por

difração de raios X de monocristal. Estes foram ainda caracterizados via análise

Posição (ppm) Atribuição

2,30 (s, 3H) Ha 3,74 (s, 2H)

3,79 (s, 2H)

3,85 (s, 8H)

Hb Hc

Hd 6,71 - 7,10 (m, 4H)

7,10 - 7,70 (m, 12H)

7,60 (t, 1H)

8,56 (d,3H)

Hk - Hm

He, Hf, Hg

Hf Hh

79

elementar de CHN, condutividade, IV, Uv-Vis-IVP, eletroquímica e titulação

potenciométrica. O complexo 1 também foi caracterizado por espectroscopia

Mössbauer.

4.2.1 ANÁLISE ELEMENTAR DE C,H, e N

Os complexos 1 e 2 foram caracterizados por análise elementar de CHN e

apresentaram resultados concordantes com as fórmulas moleculares

determinadas pela análise de difração de raios X. A Tabela 4 mostra a fórmula

molecular, massa molar e as porcentagens de C, H, e N (calculada/encontrada)

para os respectivos complexos.

Tabela 4. Porcentagens de C, H e N para os complexos 1 e 2 via análise

elementar.

Complexo 1 2

Fórmula Molecular C38H43ClCoFeN5O12 C38H41ClCoGaN5O11

Massa Molar (g.mol-1) 912,02 907,86

% C 50,04 / 49,75 50,27 / 50,30

% H 4,75 / 4,63 4,55 / 4,56

% N 7,68 / 7,55 7,71 / 7,58

As análises elementares apresentam uma boa corrrelação entre os valores

calculados e teóricos sendo que a fórmula proposta para o composto 1 difere em

duas moléculas de água (hidratação) da fórmula encontrada pela difração de raios

X (0,25 moléculas de água de cristalização). Tal fato ocorreu, provavelmente,

devido à umidade (água) adsorvida na amostra.

80

4.2.2 CONDUTIMETRIA

As medidas de condutividade molar foram efetuadas em soluções recém

preparadas dos complexos 1 e 2 em acetonitrila espectrocópica com

concentrações 1,0x10-3 mol.L-1 a 25 °C. Os resultados de condutividade molar

(ΛM) e as atribuições101 dos tipos de eletrólitos para os complexos 1 e 2 são

apresentados na Tabela 5.

Tabela 5 – Resultados da condutimetria para os complexos 1 e 2 em CH3CN.

Complexo ΛM (Ω-1.mol-1.cm2) Tipo de eletrólito

1 140 1:1

2 128 1:1

Segundo Geary101 valores de condutividade molar na faixa de

120 - 160 Ω-1.mol-1.cm2 são típicos de soluções de eletrólito 1:1 em acetonitrila

([C] = 1,0 x 10-3 mol.L-1) a 25 °C. Portanto pode-se inferir que os compostos 1 e

2 são cátions complexos de carga +1, conforme confirmado na seção 4.2.4,

página 83.

4.2.3 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO

A espectroscopia no IV é geralmente utilizada como uma análise preliminar

uma vez que a formação dos mesmos pôde ser acompanhada pela presença das

bandas características do ligante, indicando a presença do mesmo nos

compostos isolados. Bandas adicionais, referentes ao contra-íon, ligantes

exógenos ponte e moléculas de água, bem como deslocamentos ou

81

alargamentos, também são observadas. Na Tabela 6 estão apresentadas as

principais bandas e atribuições100,102 para os complexos 1, 2.

Tabela 6. Principais bandas e atribuições em cm-1 dos espectros no infravermelho

para os complexos 1 e 2.100,102

Atribuições 1 2 ν (O−H) 3450 3440

ν (C−Har); ν (C−Halif) 3060 - 2860 3090 - 2855

ν (C=N; C=C) 1610 1610

νass (O-C-Oacetato) 1580 1575

νsim (O-C-Oacetato) 1430 1435

ν (C−O) 1300 1320

ν (Cl−O) 1095 1095

δ (C−Har) 770 770

O ligante apresenta bandas 1595 e 1440 cm-1, devido ao estiramento das

ligações C=C e C=N dos anéis aromáticos. Nos complexos 1 e 2 essas bandas

encontram-se na mesma região (1610 e 1430 cm-1), podendo-se observar ainda

um alargamento nas bandas devido aos estiramentos simétrico e assimétrico das

ligações O-C-O dos acetatos ponte entre os centros metálicos.

A ausência da banda de intensidade mediana em 1370 cm-1 devido à

deformação angular fora do plano da ligação H-Ofenol, nos espectros de 1 e 2,

porém presente no ligante, indica a coordenação dos fenóis ponte e terminal na

forma desprotonada (fenolato). Em 1095 cm-1 está presente uma banda de forte

intensidade devido ao estiramento da ligação Cl-O dos contra-íons perclorato

(ClO4-), indicando assim sua presença em ambos os complexos.

82

Compostos análogos já descritos na literatura por Neves e colaboradores

apresentaram espectros na região do infravermelho bastante similiares aos dos

complexos 1 e 2.34,47,76,81,84,86 A Figura 26 ilustra uma sobreposição dos espectros

no IV de (a) ligante livre e (b) complexos 1 (figura superior) e 2 (figura inferior)

onde podem ser observadas as similaridades e diferenças entre esses

compostos.

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

(b)

(a)

cm-1

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

(b)

(a)

cm-1

Figura 26. Sobreposição espectral no IV de: (a) ligante livre e (b) complexos para

1 (figura superior) e 2 (figura inferior) em pastilha de KBr.

83

4.2.4 DIFRATOMETRIA DE RAIOS X

As estruturas cristalinas dos complexos 1 e 2 foram resolvidas a partir de

monocristais pelo método de difração de raios X. Os dados cristalográficos e do

refinamento da estrutura para os mesmos estão apresentados na Tabela 7 .

Tabela 7. Dados Cristalográficos selecionados para os complexos 1 e 2.

1 2

Fórmula empírica C38H39,50ClCoFeN5O10,25 C38H41ClCoGaN5O11

Massa molar (g.mol-1) 880,48 907,86

Sistema cristalino, grupo espacial Monoclínico, P21/c Monoclínico, P21/n

Parâmetros de Cela Unitária

a = 19,612(5) Å

b = 10,795(5) Å

β = 116,670(5)o

c = 20,807(5) Å

a = 12,651(2) Å

b = 18,191(4) Å

β = 93,74(2)o

c = 16,857(6) Å

Volume Å3 3936(2) 3871,1(17)

Z, Densidade calculada (g/cm3) 4; 1,486 4; 1,558

Dimensões do cristal (mm) 0,50 x 0,50 x 0,50 0,50 x 0,50 x 0,16

Reflexões coletadas / únicas 7144 / 6928 7101 / 6857

Rinterno 0,0804 0,0247

Método de refinamento Mínimos-quadrados /

matriz completa em F2

Mínimos-quadrados /

matriz completa em F2

Dados / restrições / parâmetros 6928 / 113 / 528 6857 / 113 / 535

Goodness-of-fit on F2 1,060 1,043

Índice R final [I>2σ(I)] R = 0,0612 Rw = 0,1630 R = 0,0383 Rw = 0,0853

Índices R (todos os dados) R = 0,1162 Rw = 0,1753 R = 0,0905 Rw = 0,0991

A estrutura cristalina do complexo 1 foi obtida a partir de monocristais

púrpuras pertencentes ao sistema cristalino monoclínico com grupo espacial

P21/c, enquanto o complexo 2 apresentou-se sob a forma de monocristais

84

castanhos pertencentes ao sistema cristalino monoclínico com grupo espacial

P21/n.

Em 1 os dados fornecidos pela resolução da estrutura revelam uma

unidade assimétrica constituída de um cátion complexo

[FeIIICoII(BPBPMP)( μ-OAc)2]+, um ânion perclorato como contra-íon e 0,25

moléculas água de cristalização. Uma representação visual do cátion complexo

gerada pelo programa cristalográfico ORTEP93 é apresentada na Figura 27 sendo

que seus dados cristalográficos bem como principais comprimentos e ângulos de

ligação são listados nas Tabela 7 e Tabela 8, respectivamente.

C34

C74

C35

C33

C73

C36

N32

O71

O72

C50

C3 C31

C56C51

O20

C13

N4

C14

C23

C55

Fe1

C30

C22

O1

C12

C5

N52

C15

C24

Co1

C40

C54

C53

N1

C11

C16

C21

O61

C25

O62 C63

C2C41

C26

C20N42

C46

C64

C43

C45

C44

Figura 27. ORTEP93 do cátion complexo de 1.

Tanto o complexo 1 como o complexo 2 apresentam um arranjo

heterodinuclear onde cada íon metálico encontra-se coordenado por uma das

metades do ligante heptadentado não-simétrico e ponteados pelo oxigênio O1 do

grupo fenolato 2,4,6-substituído.

85

Tabela 8. Principais distâncias interatômicas (Å) e ângulos (°) de ligação para os

cátions complexos 1 e 2.

1 2 MIII – O20 1,888(3) 1,906(3) MIII – O71 1,961(4) 1,934(3) MIII – O1 2,014(3) 1,977(3) MIII – O61 2,022(4) 1,988(3) MIII – N32 2,175(4) 2,132(3) MIII – N1 2,209(4) 2,143(3) MIII – Co1 3,4892(12) 3,4840(13) Co1 – O62 2,040(4) 2,022(3) Co1 – O1 2,073(3) 2,052(3) Co1 – O72 2,125(4) 2,101(3) Co1 – N52 2,130(4) 2,096(3) Co1 – N42 2,156(5) 2,162(3) Co1 – N4 2,167(4) 2,170(3) O20 – MIII – O71 92,05(15) 93,74(11) O20 – MIII – O1 174,68(15) 178,93(12) O71 – MIII – O1 93,15(14) 93,74(11) O20 – MIII – O61 90,56(16) 93,74(11) O71 – MIII – O61 98,99(17) 98,98(12) O1 – MIII – O61 89,73(15) 90,33(11) O20 – MIII – N32 93,12(16) 95,29(13) O71 – MIII – N32 90,21(16) 91,63(12) O1 – MIII – N32 85,75(14) 85,55(11) O61 – MIII – N32 169,97(17) 168,85(12) O20 – MIII – N1 86,47(15) 90,87(12) O71 – MIII – N1 167,73(15) 169,69(12) O1 – MIII – N1 88,21(14) 89,94(11) O61 – MIII – N1 93,21(16) 90,62(12) N32 – MIII – N1 77,72(15) 79,04(12) O62 – Co1 – O1 96,65(15) 93,84(11) O62 – Co1 – O72 93,32(18) 91,81(12) O1 – Co1 – O72 88,45(14) 88,29(10) O62 – Co1 – N52 95,82(17) 97,86(12) O1 – Co1 – N52 164,98(16) 165,99(12) O72 – Co1 – N52 82,50(16) 83,70(12) O62 – Co1 – N42 95,94(18) 94,85(12) O1 – Co1 – N42 87,13(15) 89,96(11) O72 – Co1 – N42 170,15(17) 173,22(12) N52 – Co1 – N42 99,87(17) 96,66(12) O62 – Co1 – N4 171,41(16) 172,90(12) O1 – Co1 – N4 90,65(15) 90,73(11) O72 – Co1 – N4 91,39(17) 93,75(12) N52 – Co1 – N4 77,67(16) 78,39(13) N42 – Co1 – N4 79,86(17) 79,72(12) MIII – O1 – Co1 117,24(16) 119,67(12)

86

A resolução da estrutura de raios X do complexo 2 revelou uma unidade

assimétrica constituída de um cátion complexo [GaIIICoII(BPBPMP)( μ-OAc)2]+, um

ânion perclorato como contra-íon e uma água de cristalização, molécula esta

próxima ao oxigênio O20 (fenolato terminal) através de uma ligação de hidrogênio

2,996 Å (vide apêndices, dados cristalográficos, página 145). Uma representação

visual do cátion complexo de 2 gerada pelo programa cristalográfico ORTEP93 é

apresentada na Figura 28 sendo que seus dados cristalográficos bem como

principais comprimentos e ângulos de ligação são listados na Tabela 7 e Tabela

8, respectivamente.

C34

C35

C74

C33

C36

C73

N32

O71

C3

C50

C31

O72

C56

C23

O20

C13

C51

N4

C14

Ga1

C24

C22

C30

C55

O1

C12

N52

C15

Co1

C40

C5

C25

N1

C21

C54

C11

C16

C53

O61

C26

O62

C20

C2C41

C63

N42

C46

C64

C43

C45

C44

Figura 28. ORTEP93 do cátion complexo de 2.

Em ambos os complexos, assim como em outros reportados por Neves e

colaboradores, pode-se observar o modo de coordenação facial das aminas

terciárias, dos braços piridínicos e do braço fenólico do ligante H2BPBPMP aos

centros metálicos. 34,47,76,78,81,84

Tanto no cátion complexo 1, quanto em 2 o centro metálico divalente (Co1)

está coordenado por dois átomos de nitrogênio piridínicos N42 e N52 e o

87

nitrogênio N4 de uma das aminas terciárias. Os centros metálicos trivalentes Fe1

e Ga1 encontram-se coordenados ao nitrogênio piridínico N32, ao nitrogênio N1

da amina terciária restante e pelo oxigênio O20 pertencente ao fenolato terminal

do ligante. As esferas de coordenação dos sítios metálicos são completadas por

dois íons acetato (ligantes exógenos) coordenados sob forma de ponte entre os

centros metálicos Fe1Co1 e Ga1Co1, para os complexos 1 e 2, respectivamente.

No cátion complexo 1, os átomos de oxigênio O62 e O72 e dos acetatos

estão coordenados ao sítio Co1 de maneira trans ao nitrogênio piridínico N42 e à

amina terciária (N4) respectivamente, enquanto que o nitrogênio N52 do outro

braço piridínico ligado ao sítio divalente encontra-se coordenado de maneira trans

ao oxigênio O1 da ponte μ-fenoxo. Para o sítio trivalente Fe1 os oxigênios O61 e

O71 provenientes das pontes μ-acetato estão coordenados de maneira similar,

em posição trans ao átomo de nitrogênio N32 do anel piridínico e do nitrogênio N1

da amina terciária, respectivamente. O oxigênio O20 do fenolato terminal está

coordenado de maneira trans ao oxigênio O1 da ponte μ-fenoxo. A mesma

configuração pode ser apontada para o cátion complexo 2.

O ambiente de coordenação do centro Co1 em 1 apresenta um arranjo

N3O3 com comprimento médio de ligação (2,115 Å), enquanto o centro de FeIII

está inserido em um ambiente do tipo N2O4 com uma esfera média de

coordenação de 2,045 Å. No complexo 2 os mesmos arranjos de átomos N,O-

doadores são observados, onde a esfera de coordenção em torno do centro Co1

possui uma distância média de 2,097 Å, enquanto o centro de GaIII possui um

comprimento médio de coordenação de 2,013 Å. Esses resultados estão de

acordo com os respectivos raios iônicos e acidez de Lewis de cada centro

metálico, exeto para a distância MIII – Oph a qual é mais longa para o complexo 2.

88

Tal fato provavelmente pode estar ligada a ausência do processo de TCLM devido

ao total preenchimento do subnível eletrônico d do íon GaIII refletindo então a não

superposição de orbitais não-ligantes do fenolato terminal e orbitais anti-ligantes

presentes no metal.

A maior média de comprimentos de ligação para o centro Co1 em 1 pode

estar associada ainda com deformações das nuvens eletrônicas de ambos os

metais uma vez que é esperado um acoplamento eletrônico leve do tipo

antiferromagnético (resultados não publicados) via ponte μ-fenoxo. Essa espécie

de conjugação eletrônica não foi detectada em 2. Na enzima kbPAP7,8 (a 2,65 Å

de resolução) os raios médios de coordenação são de 2,21 Å para o centro

divalente e levemente menor (2,14 Å) para o centro de FeIII, valores estes

compatíveis para os complexos apresentados neste trabalho.

O nível de distorção octaédrica nos centros metálicos presentes tanto no

complexo 1 quanto no complexo 2 é relativamente baixo (cerca de 5%). Em 1 o

desvio das ligações químicas segundo os eixos ortogonais x, y e z é 11,15º para o

centro Co1 e 9,21º para o centro Fe1. Já em 2 o desvio fica cerca de 9,30º para o

centro Co1 e 7,51º para o centro Ga1.

O grupo fenolato terminal (O20) que está coordenado ao sítio trivalente em

ambos os complexos mimetiza o resíduo de aminoácido tirosina presente nas

PAPs. No complexo 1 o comprimento de ligação MIII - O20 é de 1,888 Å enquanto

em 2 é ligeiramente maior (1,906 Å). Na estrutura cristalina determinada para

kbPAP nativa7,8 a distância FeIII - OTyr é de 2,05 Å.

O decréscimo da distância intermetálica nos complexos citados está de

acordo com a variação dos respectivos raios iônicos dos metais divalentes os

quais sofrem contração de suas nuvens eletrônicas ao longo do seu período. O

89

comportamento anômalo para o complexo que possui o íon ZnII é explicado pela

ausência da energia de estabilização do campo ligante já que esse complexo

possui sua camada de elétrons “d” completa. Na Tabela 9 estão expostos alguns

comprimentos e ângulos de ligação, apresentados de maneira que os complexos

1 e seus análogos MII-substituídos possam ser diretamente comparados.



[FeIIIMII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 onde 1 = FeIIIMnII 76, 2 = FeIIIFeII 63, 3 = FeIIICoII,

4 = FeIIINiII 78, 5 = FeIIICuII 34 e 6 = FeIIIZnII 81.

Distâncias interatômicas (Å) e ângulos (°) de ligação LIGAÇÕES

1 2 3 4 5 6 Fe-MII 3,510 3,504 3,489 3,486 3,470 3,491 Fe-Ofenolato terminal 1,882 1,902 1,888 1,905 1,902 1,890 Fe-Ofenolato ponte 2,010 2,005 2,014 1,995 2,035 2,006 MII-Ofenolato ponte 2,155 2,102 2,073 2,058 1,989 2,105 Fe-Oacetato 1 1,974 2,022 2,022 1,962 1,954 2,034 Fe-Oacetato 2 2,037 1,963 1,961 2,005 2,021 1,967 MII-Oacetato 1 2,178 2,032 2,040 2,067 2,300 2,030 MII-Oacetato 2 2,089 2,127 2,125 2,014 1,968 2,137 Fe-Namina 2,215 2,223 2,209 2,219 2,235 2,214 Fe-Npiridina 2,181 2,192 2,175 2,187 2,183 2,182 MII-Namina 2,279 2,219 2,167 2,099 2,078 2,185 MII-Npiridina 2,285 2,217 2,156 2,108 2,342 2,190 MII

piridina trans fenolato 2,248 2,143 2,130 2,050 2,007 2,142 MII-Ofenolato ponte-Fe 114,86 117,14 117,24 118,66 119,15 116,22 Namina-Fe-Npiridina - - 77,72 76,36 76,40 77,72 Namina-Fe-Ofenolato terminal - - 86,47 87,95 87,19 86,07 Namina-MII-Npiridina 1 - - 79,86 81,50 79,49 79,18 Namina-MII-Npiridina 2 - - 77,67 79,93 81,01 78,02

A distância intermetálica encontrada para o complexo 1 foi 3,489 Å,

estando de acordo com outros compostos FeIIIMII-substituídos (onde MII = Mn, Fe,

90

Ni, Cu ou Zn) já descritos na literatura por Neves e colaboradores variando entre

3,470 e 3,510 Å, conforme gráfico apresentado na Figura 29.

3,47

3,48

3,49

3,50

3,51

Mn Fe Co Ni Cu Zn

FeIII ..

. MII (Å

)

Figura 29. Variação da distância intermetálica (Å) FeIII... MII onde MII = Mn, Fe,

Co, Ni, Cu e Zn.

Comparações semelhantes foram feitas na série de complexos onde o

metal trivalente é o íon gálio. Apesar de incompleta a série de compostos

isoestruturais GaIIIMII (onde MII = Fe, Co, Ni, Zn), esta apresentou um

comportamento semelhante à série FeIIIMII. O complexo GaIIIZnII 79 apresentou a

maior distância intermetálica (3,701 Å) resultado dos respectivos raios iônicos dos

metais e conseqüente repulsão eletrônica e, os compostos GaIIIFeII 85 e GaIIICoII

foram os que mostraram-se com maior similaridade estrutural.

Os valores discrepantes encontrados para as distâncias e ângulos de

ligação presentes no complexo GaIIIZnII são ainda resultados da ausência da

energia de estabilização do campo ligante aliados à ausência de acoplamentos

eletrônicos uma vez que o mesmo é de natureza diamagnética. Na Tabela 10

estão expostos alguns comprimentos e ângulos de ligação, apresentados de

maneira que os complexos 2 e seus análogos MII-substituídos possam ser

diretamente comparados.

91



[GaIIIMII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 onde 1 = GaIIIFeII 85, 2 = GaIIICoII, 3 = GaIIINiII 86,

4 = GaIIIZnII 79.

Distâncias interatômicas (Å) e ângulos (°) de ligação LIGAÇÕES

1 2 3 4 Ga-MII 3.486 3,4840 3,3644 3,701 Ga-Ofenolato terminal 1.880 1,906 1,858 1,908 Ga-Ofenolato ponte 2.013 1,977 1,912 1,989 MII-Ofenolato ponte 2,096 2,052 2,027 2,228 Ga-Oacetato 1 2.033 1,988 1,997 2,005 Ga-Oacetato 2 1.974 1,934 1,969 1,893 MII-Oacetato 1 2,050 2,022 2,071 2,103 MII-Oacetato 2 2,141 2,101 2,016 1,871 Ga-Namina 2,208 2,143 2,209 2,257 Ga-Npiridina 2,180 2,132 2,118 2,046 MII-Namina 2,222 2,170 2,096 2,060 MII-Npiridina 2,207 2,162 2,125 2,218 MII

piridina trans fenolato 2,117 2,096 2,046 2,257 MII-Ofenolato ponte-Ga 116,05 119,67 117,30 122,6 Namina-Ga-Npiridina 77,35 79,04 79,00 75,7 Namina-Ga-Ofenolato terminal 86,04 90,07 91,34 87,0 Namina-MII-Npiridina 1 78,6 79,72 82,59 78,4 Namina-MII-Npiridina 2 76,64 78,39 80,77 76,0

No complexo 2 a distância intermetálica encontrada 3,484 Å, estando de

acordo com outros compostos já descritos na literatura por Neves e

colaboradores34,63,76,78,79,81 e ligeiramente inferior à distância intermetálica do

composto 1 (3,489 Å). A distância entre os centros metálicos no complexo 1

(3,489 Å) e no complexo 2 estão próximos dos valores encontrados nas estruturas

cristalinas de raios X resolvidas para enzimas nativas kbPAP (3,26 Å)7,8, rbTRAP

(3,5 Å)11 e ufPAP (3,31Å)12. Os valores encontrados vão ao encontro a rbTRAP,

porém não se distanciando de forma significativa de outras, tais como kbPAP e

ufPAP.

92

O ângulo formado pelas ligações entre os centros metálicos Fe1 e Co1 e o

oxigênio fenólico da unidade central do ligante O1 é de 117,24º, enquanto para o

complexo 2 esse valor é levemente maior 119,67º, justificando as distâncias

intermetálicas presentes nos complexos 1 e 2. Este ângulo é compatível com o

encontrado em outros compostos34,63,76,78,81 modelo com pontes do tipo μ-acetato

porém este é menor (cerca de 10º) em compostos com ponte do tipo μ-hidroxo

que ficam cerca de 96,2º para o complexo [FeIIIZnII(BPBPMP)

( μ-OH)(H2O)2](ClO4)281 e 95,1º na estrutura cristalina da enzima kbPAP.7,8

Pela análise estrutural dos complexos podemos afirmar que os mesmos

são bons modelos estruturais uma vez que o conjunto ligante+metais pode

mimetizar satisfatoriamente o ambiente de coordenção das PAPs e os íons

gálio(III) e cobalto(II) não causaram grandes modificações estruturais e/ou

conformacionais em relação à presença dos metais nativos presentes na enzima

(FeIII, FeII, MnII e ZnII). Pode-se ressaltar ainda que complexos não-simétricos de

ferro(III)cobalto(II) e gálio(III)cobalto(II) modelos para as PAPs metalo-subtituídas

ainda não estão descritos na literatura e dessa forma os complexos 1 e 2

representamos primeiros exemplares.

4.2.5 ESPECTROSCOPIA MÖSSBAUER

A análise do complexo 1 via espectroscopia Mössbauer forneceu valores

de δ (deslocamento isomérico), que refletem a natureza do ambiente químico ao

redor do núcleo Mössbauer, e ΔEq (desdobramento quadrupolar) que indicam o

grau distorção em relação à microsimetria cúbica do sítio de ferro. A atribuição

sobre número de oxidação do sítio de ferro, bem como seu estado de spin foi feito

com base em δ, cujas faixas de valores estão expostos na Tabela 11 a seguir:

93

Tabela 11. Faixas de valores para deslocamento isoméricos (δ) refletidos por

variadas espécies de núcleos Mössbauer:103

Deslocamento isomérico (δ) (mm.s-1) Núcleo

Spin-alto Spin-baixo

Fe(III) +0,1 → +0,5 (0,30)* -0,1 → +0,5

Fe(II) +0,6 → +1,7 (1,20)* +0,2 → +0,5

*valores típicos

Os espectros Mössbauer de 1 foram coletados com a amostra sob forma

cristalina e pulverizada os quais apresentaram um dubleto assimétrico com linhas

largas e um singleto de baixa intesidade a 298 K, conforme ilustrado na Figura 30.

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0,980

0,985

0,990

0,995

1,000

Inte

nsid

ade

Velocidade (mm.s-1)

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0,990

0,992

0,994

0,996

0,998

1,000

Inte

nsid

ade

Velocidade (mm.s-1)

Figura 30. Espectros Mössbauer para o complexo 1 sob a forma cristalina

(esquerda) e pulverizado (direita) a 298 K.

No complexo 1, os parâmetros Mössbauer concordam com a presença de

FeIII spin alto conforme indicam os valores de deslocamento isomérico

(δ = 0,39 mm.s-1) e desdobramento quadrupolar (ΔEq = 1,06 mm.s-1) a 298 K. Os

dados pertinentes ao núcleo Mössbauer presente em 1 estão listados na Tabela

12 a seguir.

94

Tabela 12. Resultados obtidos via espectroscopia Mössbauer de 57Fe para o

núcleo de ferro presente no complexo 1 nos estados: (a) cristalino e (b)

pulverizado.

(a) (b)

Singleto Dubleto Singleto Dubleto

Área Total (%) 4,8 95,2 6,0 94,0

Temperatura (K) 298 298 298 298

Atribuição - N2O4 - N2O4

(δ) (mm.s-1) 0,21 0,39 0,32 0,39

ΔEq (mm.s-1) - 1,06 - 1,04

W1 - 0,29 - 0,32

W2 - 0,30 - 0,30

D21 - 0,75 - 0,77

Em ambas as medidas (a e b) o valor relativamente alto para o

deslocamento isomérico (0,39 mm.s-1) é característico de um composto que esteja

recebendo tanto densidade eletrônica proveniente dos ligantes como do centro

metálico vizinho (CoII) através de um acoplamento antiferromagnético (dado não

publicado) via ponte μ-fenoxo. O mesmo pode ser dito do desdobramento

quadrupolar (ΔEq = 1,06 e 1,04 mm.s-1) cujos valores típicos para esta

configuração (FeIII alto spin) estão entre 0,30 e 0,80 mm.s-1.

A assimetria apresentada pelo dubleto indica ainda que o núcleo

Mössbauer está inserido em uma esfera de coordenação octaédrica distorcida

sob um arranjo de átomos doadores do tipo N2O4.

O complexo 1 não apresentou o efeito Goldanskii-Karyagin, apesar de não

terem sido feitas medidas a baixas temperaturas. Tal fato pode ser afirmado

devido à razão entre as áreas presentes no dubleto não serem equivalentes tanto

na forma cristalina como pulverizada. Em contraponto, pode-se notar uma

95

diminuição da assimetria do dubleto na forma pulverizada (b) devido ao efeito de

textura presente no processo e aquisição do espectro.

Neves e colaboradores apresentaram estudos de 57Fe-Mössbauer para o

complexo [FeIIIMnII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO476 (δ = 0,48 mm.s-1 e ΔEq = 1,04

mm.s-1 a 80 K), que são compatíveis aos encontrados para o complexo 1 uma vez

que ambos são isoestruturais. Em 1994, Brito47 apresentou o complexo não

simétrico [FeIIIFeII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 como modelo para as PAPs de

mamíferos o qual apresentou os seguintes parâmetros para o núcleo Mössbauer

do centro de FeIII: δ = 0,52 mm.s-1 e ΔEq = 1,10 mm.s-1 a 115 K.

Estudos Mössbauer de 57Fe realizados com a forma oxidada da bsPAP

demonstraram a presença de dois centros de FeIII, spin alto, com ambientes de

coordenação distintos (δ = 0,51 e 0,54 mm.s-1; ΔEq = 1,03 e 1,36 mm.s-1 a 4,2 K.

Os valores obtidos concordam com um ambiente de coordenação distorcido e rico

em oxigênio e nitrogênio.21,14

Os singletos presentes nos espectros Mösbauer de 1 apresentam ainda

impurezas químicas ou cristaloquímicas (possíveis produtos de degradação e/ou

oxidação do complexo). Essa impureza (de composição desconhecida) pode

ainda estar relacionada, a presença de traços de óxidos de ferro de configuração

Fe1-xO da família da wurstita104. Singletos para esta configuração de compostos

de coordenação são, por sua vez, bastante incomuns.

96

4.2.6 ESPECTROSCOPIA ELETRÔNICA

Os espectros de absorção dos complexos 1 e 2 foram investigados na

região entre 300 e 900 nm, utilizando-se acetonitrila, acetonitrila/água 50% V/V

(em condição de reatividade) e solução etanol/água 70:30% V/V (condição de

titulação potenciométrica) como solventes. Foi utilizado KBr para o experimento

de reflectâcia difusa (estado sólido). Um resumo dos dados obtidos via

espectroscopia eletrônica (UV-Vis-IVP) estão dispostos na Tabela 13.

Tabela 13. Máximos de absorção (λmáx) e coeficiente de absortividade molar (ε)

para os complexos em acetonitrila, acetonitrila/água, etanol/água e KBr.

λmáx (nm) / [ε] (L.mol-1.cm-1) Complexo

CH3CN CH3CN/H2O[a] EtOH/H2O[b] KBr

1 544 [3760]

322 [4318]* 478 [2930] 484 [3652]

584

356

2 464 [391] nd. 429 [323] 448 [a] CH3CN/H2O (50% V/V); pH 7,0; tampão biológico HEPES 0,1 mol.L-1; força iônica 0,1 mol.L-1; [C] = 4,0x10-5 mol.L-1) [b] EtOH/H20 (70/30 V/V); pH de dissolução ~ 6,5. nd. Não determinado *ombro.

O espectro eletrônico, em acetonitrila, do complexo 1 apresenta uma banda

intensa em 544 nm, atribuída a um processo de tranferência de carga do tipo

ligante → metal (TCLM) proveniente dos orbitais pπ do fenolato para os orbitais

dπ* do íon FeIII.106 Um segundo processo de TCLM (porém mais energético)

ocorre em 322 nm proveniente dos orbitais pπfenolato para os orbitais dσ* do metal,

aparecendo sob a forma de um ombro (parcialmente encorberto) por transições

intraligantes do tipo π → π* dos anéis piridínicos e fenólicos.106,107 Já para o

complexo 2 (em acetonitrila) pode-se notar a presença de apenas uma banda em

97

464 nm relativa a uma transição d-d dos orbitais do CoII. Outras duas transições

eletrônicas do tipo d-d podem ser parcialmente vizualizadas (ombros), porém não

é possível definir com precisão seus máximos de absorção. Por apresentar seu

subnível eletrônico d completo, o centro metálico trivalente do composto 2 (gálio)

não apresenta transições eletrônicas tampouco processos de LMCT. A Figura 31

apresenta os espectros eletrônicos dos complexos 1 e 2 em acetonitrila. Os dados

referentes aos espectros estão dispostos na Tabela 13.

300 400 500 600 700 8000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

λ (nm)400 500 600 700 800

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abs

λ (nm)

Figura 31. Espectros eletrônicos em acetonitrila para o complexo 1 (5,0x10-5

mol.L-1; esquerda) e para o complexo 2 (1,0x10-3 mol.L-1; direita).

Os complexos 1 e 2 foram submetidos a espectroscopia de reflectância

difusa (UV-Vis-IVP em estado sólido), onde pôde-se observar um deslocamento

batocrômico (aumento do valor do λmáx) nos mesmos em relação aos espectros

em acetonitrila. Tal fato se deve à redução das energias necessárias para a

ocorrência das transições eletrônicas presentes em ambos os complexos e a

ausência do solvente que pode influenciar no desdobramento do campo ligante

bem como nas tranferências de carga. Os espectros de reflectância difusa estão

dispostos na Figura 32 e os parâmetros obtidos estão listados na Tabela 13.

98

300 400 500 600 700 800 9000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

λ (nm)300 400 500 600 700 800

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

λ (nm)

Figura 32. Espectros de reflectâcia difusa em KBr para o complexo 1 (esquerda)

e para o complexo 2 (direita).

Outro fator importante é a comparação entre os espectros em solução com

os espectros no estado sólido, uma vez que, salvos deslocamentos observados,

pode-se inferir que as estruturas dos complexos 1 e 2 são mantidas em solução

de acetonitrila.

O comportamento eletrônico dos complexos 1 e 2 foram avaliados em

solução de EtOH/H2O 70/30 % (V/V) (pH ~ 6,5) onde notou-se um significativo

deslocamento de 40 nm para uma região de maior energia se comparado ao

espectro em acetonitrila e uma diferença de 100 nm para o espectro no estado

sólido. Tal fato se dá devido a mudanças ocorridas na esfera de coordenação dos

centros metálicos, uma vez que nessas condições (ver seção 4.2.8 - titulação

potenciométrica, página 104) ocorre a hidrólise das ponte μ-acetato exógenas.

Para o complexo 2 não foram encontradas alterações significativas, uma vez que

este não apresenta bandas de transferência de carga e sim, transições d-d. A

Figura 33 apresenta os espectros eletrônicos dos complexos 1 e 2 em EtOH/H2O.

Os dados referentes aos espectros estão dispostos na Tabela 13.

99

300 400 500 600 700 8000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Abs

λ (nm)300 400 500 600 700 800 900

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Abs

λ (nm)

Figura 33. Espectros eletrônicos em EtOH/H2O 70/30 % (V/V) (pH ~ 6,5) para os

complexos 1 (5,0x10-5 mol.L-1; esquerda) e 2 (1,0x10-3 mol.L-1; direita).

Em condições de reatividade (parâmetros indicados na Tabela 13) o

complexo 1 apresenta o mesmo comportamento espectral, porém com um

deslocamento para maior energia de 66 nm (478 nm) em relação ao espectro em

acetonitrila (544 nm). Uma significativa mudança é observada no coeficiente de

absortividade molar (ε) que reduz de 3760 para 2930 L.mol-1.cm-1. Esse fato (tal

como em solução de EtOH/H2O) é devido às pontes μ-acetato serem hidrolisadas

ocorrendo então uma substituição por moléculas de água. As curvas de

distribuição de espécies apresentadas na Figura 37 (seção 4.2.8, página 104),

indicam um equilíbrio entre as espécies (HO)MIII(μ-OAc)MII(OH2)

(HO)MIII(μ-OH)MII(OH2) em pH ~ 6,5. A espécie μ-hidroxo, uma vez formada deve

manter-se estável em relação à espécie μ-acetato devido a diferença entre as

distâncias metal-metal das duas espécies, cerca de 0,5 Å menor para a μ-OH.81

Em condições de reatividade o complexo 2 não apresentou uma boa resolução de

suas bandas (devido aos baixos valores de ε das trasinções d-d), não se podendo

então inferir alterações sobre o mesmo. A Figura 34 apresenta uma sobreposição

entre os espectros eletrônicos dos complexos 1 e 2 em acetonitrila e condições de

reatividade. Os dados referentes aos espectros estão dispostos na Tabela 13.

100

300 400 500 600 700 8000,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

CH3CN Condições de Cinética (pH 7,00)

Abs

λ (nm)

300 400 500 600 700 8000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6 CH3CN Condições de Cinética (pH 7,00)

Abs

λ (nm)

Figura 34. Sobreposição de espectros eletrônicos em acetonitrila* e em

condições de reatividade** para os compostos 1 (esquerda) e 2 (direita). *(1 -

5,0x10-5 mol.L-1 e 2 - 1,0x10-3 mol.L-1); **(CH3CN/H2O 50% V/V; pH 7,0; HEPES

0,1 mol.L-1; I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4); [C] = 4,0x10-5 mol.L-1).

O valor do máximo de absorção (λmáx) obtido a partir de 1 (544 nm) em

acetonitrila para TCLM Ofenolato→FeIII (pπ→ dπ*) encontra-se bastante próximo dos

valores encontrados na literatura para os complexos [FeIIIFeII(BPBPMP)

( μ-OAc)2]ClO4 (556 nm, 4560 mol-1.L.cm-1)47, [FeIIIMnII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4

(544 nm, 2680 mol-1.L.cm-1)76, [FeIIIZnII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 (540 nm,

3800 mol-1.L.cm-1)81. A kbPAP apresenta um máximo de absorção em 560 nm

(ε = 3360 L.mol-1cm-1), atribuído ao processo TCLM Otyr→ FeIII7,8 . Já para a

kbPAP cobalto-substituída, segundo Sykes31 a banda de transferência de carga

está centrada em 518 nm, com ε = 3370 L.mol-1 cm-1.

Para o complexo 2, pouco se pode inferir devido a ausência da

transferência de carga sobre o metal trivalente. Merkx e Averill35 apresentaram

estudos de espectroscopia eletrônica para as enzimas Ga-substutídas onde o

metal divalente é Fe(II) ou Zn(II). Nesses espectros, devido a reduzidas

absorções, nenhuma banda foi assinalada ou atribuída.

101

4.2.7 ELETROQUÍMICA

O comportamento redox dos complexos 1 e 2 foi avaliado através de

voltametria cíclica (VC) e voltametria de onda quadrada (OQ) em acetonitrila.

Todos os potenciais redox foram referenciados ao eletrodo normal de hidrogênio

(ENH) através do padrão interno ferroceno (E½ = 0,4 V vs ENH)90. A Tabela 14

(abaixo) apresenta um resumo dos potenciais obtidos para os processos redox

dos complexos 1 e 2.

Tabela 14. Potenciais redox determinados através de voltametria cíclica (VC) e

voltametria de onda quadrada (OQ) para os complexos 1 e 2.

E1/2 (V) vs ENH

FeIII/FeII CoII/CoIII

Complexos VC OQ VC OQ

1 -0,57 -0,57 0,24* 0,30

2 - - 0,31* 0,34 *Potencial de redução (Epc)

No complexo 1, o potencial determinado para o processo quasi-reversível

do centro FeIII é de -0,57 V vs ENH inerente ao par redox (FeIII + e- FeII).

Este valor está de acordo com os determinados para complexos já descritos na

literatura por Neves e colaboradores como: [FeIIIMnIIL(OAc)2]ClO4 (-0,57 V)76

[FeIIIFeIIL(OAc)2]ClO4 (-0,59 V)47, [FeIIINiIIL(OAc)2]ClO4 (-0,54 V)78

[FeIIICuIIL(OAc)2]ClO4 (-0,61 V)34 e [FeIIIZnIIL(OAc)2]ClO4 (-0,51 V)81 (onde L é a

forma desprotonada do ligante H2BPBPMP).

Um segundo processo, porém em região anódica, pode ser atribuído ao

centro de CoII via voltametria cíclica. Porém, devido à irreversibilidade do

102

processo redox, pôde-se assinalar apenas um Epc de 0,24 V a 100 mV.s-1. Já, no

voltamograma de onda quadrada pôde-se visualizar o processo redox

CoII CoIII + e- com E½ = 0,3 V vs ENH. A Figura 35 a seguir apresenta os

voltamogramas cíclicos e de onda quadrada para os complexos 1 e 2.

800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

125 mV.s-1

100 mV.s-1

75 mV.s-1

50 mV.s-1

25 mV.s-1

i (μA

)

E (mV) vs ENH1000 800 600 400 200 0 -200

-10,0

-7,5

-5,0

-2,5

0,0

2,5

5,0

50 mV.s-1

100 mV.s-1

200 mV.s-1

i (μA

)

E (mV) vs ENH

800 600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000

-2

-1

0

1

2

3

4

i (nA

)

E (mV) vs ENH

800 600 400 200 0 -200

-4

-2

0

2

4

i (μA

)

E (mV) vs ENH

Figura 35. Voltamogramas cíclicos com variação de velocidade de varredura

(figuras superiores) e voltamogramas de onda quadrada (pulso 30 mV, freqüência

60 Hz) (figuras inferiores) para os complexos 1 (esquerda) e 2 (direita) em

acetonitrila. Eletrólito: 0,1 mol.L-1 de TBAPF6; eletrodo de trabalho: platina;

referência: Ag/Ag+; contra-eletrodo: fio de platina; padrão interno: ferroceno.

Para o complexo 2, foi observado apenas um processo eletroquímico na

faixa de potencial investigada (+1,5 a -1,5 V). O voltamograma cíclico apresentou

um processo redox irreversível com Epc de 0,31 V a 100 mV.s-1. Todavia, frente a

técnica de voltametria de onda quadrada pôde-se visualizar nitidamente a

103

irreversibilidade do processo redox CoII CoIII + e- com E½ = 0,34 V vs ENH.

Neste complexo não foi observado processos redox referentes ao centro metálico

de GaIII, uma vez que o mesmo não apresenta resposta eletroquímica na faixa de

potencial aplicado.

Estudos de variação na velocidade de varredura (voltametria cíclica) para o

complexo 1 detectam um deslocamento anódico atingindo 0,31 V a 25 mV.s-1,

indicando uma maior dificuldade no processo de oxidação do CoII a CoIII. Tal fator

está diretamente relacionado à barreira energética de Franck-Condon105. Sendo

assim, a etapa determinate para o processo redox é a velocidade com que ocorre

a inversão do spin eletrônico do eletétron restante nos orbitais eg logo após ao

processo de oxidação seguido do emparelhamento do mesmo em um dos orbitais

t2g semi-preenchidos. Este fenômeno sugere uma relação direta das velocidades

de varredura com a resposta de corrente lida pelo equipamento. O processo

envolvendo a barreira de Franck-Condon pode ser melhor visualizado no

esquema apresentado na Figura 36. Esse mesmo fenômeno pode ser observado

no centro de CoII presente em ambos os complexos estudados neste trabalho.

e-

d6*d7 d6

t2g

eg

Barreira deFranck-Condon

Figura 36. Esquema ilustrativo da presença da barreira de Franck-Condon para o

processo redox CoII/CoIII presentes nos complexos 1 e 2.

104

4.2.8 ESTUDO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO VIA POTENCIOMETRIA

Os estudos de titulação potenciométrica dos complexos 1 a 2 foram

realizados em solução etanol/água (70:30% V/V) devido à baixa solubilidade dos

mesmos em água. Esses experimentos foram realizados para avaliar a presença

de moléculas de água coordenadas aos centros metálicos, quando os complexos

se encontram em solução. Isto é possível devido à labilidade dos grupos acetato

ponte, a qual é aumentada pela elevação do pH do meio podendo então ser

hidrolisados gerando aquo-complexos. As curvas de distribuição de espécies são

apresentadas na Figura 37.

As curvas de equilíbrio potenciométrico obtidas para os complexos 1 e 2

mostraram uma região com comportamento típico de tampão entre pHs 5,00 e

9,00, correspondendo à neutralização de três prótons. Este fato indica a hidrólise

dos complexos em meio aquoso onde as duas pontes μ-acetato são subtituídas

por moléculas de água, que se dissociam, fornecendo três constantes de

dissociação. Lançando-se mão dos dados obtidos experimentalmente e dos

programas computacionais BEST796, SPE96 e SPEPLOT96 foram refinadas as

constantes de protonação que são apresentadas na Tabela 15.

Tabela 15. Valores de pKa, e pH para os percentuais máximos das espécies em

solução, para os complexos 1 e 2.

Complexos pKa1 pH (%máx B) pKa2 pH (%máx C) pKa3

1 5,00 ± 0,10 5,80 (75,47) 6,58 ± 0,10 7,45 (78,53) 8,31 ± 0,10

2 5,46 ± 0,02 6,00 (64,15) 6,57 ± 0,02 7,45 (78,47) 8,30 ± 0,03

Os diagramas de distribuição das espécies em solução dos complexos 1 e

2 estão apresentados na Figura 37.

105

3 4 5 6 7 8 9 10 110

20

40

60

80

100 D

CB

A

% E

spéc

ies

pH

3 4 5 6 7 8 9 10 110

20

40

60

80

100 D

C

B

A

% E

spéc

ies

pH

Figura 37. Diagrama de distribuição de espécies em função do pH para os

complexos 1 (esquerda) e 2 (direita), onde A = (H2O)MIII(μ-OAc)CoII(OH2),

B = (HO)MIII(μ-OAc)CoII(OH2), C = (HO)MIII(μ-OH)CoII(OH2) e D = (HO)MIII

(μ-OH)MII(OH).

Uma vez que ambos os complexos apresentam um comportamento

semelhante em solução, as descrições dos equilíbrios envolvidos serão feitos de

forma genérica para ambos os complexos. O esquema apresentado na Figura 38

sugere que, inicialmente apenas uma das pontes acetato é hidrolisada, formando-

se a espécie (H2O)MIII(μ-OAc)CoII(OH2).

- OAc

- OAc

pKa1

pKa2pKa3

N

N

N

O

O O

O O

MIIICoII

N

N

O

N

N

N

O

OH2

O O

MIIICoII

N

N

O H2O

N

N

N

O

OH2

O O

MIIICoII

N

N

O HO

N

N

N

O

OH2

O

MIIICoII

N

N

O HO

H2

N

N

N

O

OH

O

MIIICoII

N

N

O HO

H

N

N

N

O

OH2

O

MIIICoII

N

N

O HO

H

Figura 38. Proposta para o equilíbrio entre espécies em solução (EtOH/H2O

70/30% V/V) observados nos complexos 1 e 2.

106

Em pH 5,00 e pH 5,46 observa-se o primeiro pKa, correspondente a

desprotonação da molécula de água ligada ao metal trivalente nos complexos 1 e

2, respectivamente. Em seguida, ocorre a hidrólise da segunda ponte μ-acetato e

a formação de uma ponte μ-aquo que sofre uma desprotonação em pH ~ 6,5 para

ambos os complexos, formando assim a ponte μ-hidroxo. A configuração

(HO)MIII(μ-OH)CoII(OH2) presente nesta etapa é dita como a espécie ativa em

solução frente os testes de reatividade (seção 4.3, página 107). Finalmente, o

terceiro pKa corresponde à desprotonação da molécula de água ligada ao centro

de Co(II), em pH ~ 8,3 onde a espécie (HO)MIII(μ-OH)CoII(OH) é formada.

A atribuição dos valores pKa potenciométricos estão ainda de acordo com

os valores de pKa determinados nos teste de reatividade dos complexos 1 e 2

frente a hidrólise do 2,4-BDNPP em função do pH (seção 4.3.1, página 108).

A Tabela 16 apresenta os valores de pKa1 (desprotonação da água ligada

ao MIII) e pKa2 (formação da ponte μ-hidroxo) para os complexos

[MIIIMII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 (onde MIII = Fe ou Ga e o MII = Co, Ni, Cu e Zn) já

descritos na literatura por Neves colaboradores34,78,79,81,86.

Tabela 16. Comparação dos valores de pKas potenciométricos para os complexos


GaIIICuII 79 e GaIIIZnII 79.

Complexos CoII NiII CuII ZnII

pKa1 5,00 5,30 5,25 4,84 FeIII

pKa2 6,58 6,80 6,20 5,99

pKa1 5,46 5,38 5,01 5,59 GaIII

pKa2 6,57 6,66 nd. 6,19 nd. Não determinado

107

4.3 REATIVIDADE

A atividade catalítica dos complexos 1 e 2 frente à hidrólise de ésteres de

fosfato ativado foi avaliada através da reação com o bis-(2,4-dinitrofenil)fosfato87

(2,4-BDNPP), sob condições de excesso de substrato a 25 oC, conforme ilustrado

na Figura 39. Para obtenção dos parâmetros cinéticos utilizou-se o método das

velocidades iniciais97, onde as reações foram monitoradas por método

espectrofotométrico durante 3 a 5 % da conversão de substrato modelo a produto

através do incremento da absorvância em 400 nm78 devido à liberação de 2,4-

dinitrofenolato como produto.

catalisador

O

NO2

NO2

-O

PO O

O

O2N

NO2

NO2

O2N - + Produtos

2,4-BDNPP (λ = 400 nm)

Figura 39. Esquema ilustrativo para a reação hidrolítica do substrato modelo 2,4-

BDNPP catalisada pelos complexos 1 e 2.

A concentração de 2,4-dinitrofenolato foi calculada com base nos valores

de absorvância obtidos e do coeficiente de extinção molar

ε = 12100 mol-1.L.cm-1.78,79 A contribuição devido a hidrólise não catalisada do

substrato foi eliminada através da diferença direta de uma reação sob condições

idênticas na ausência do catalisador.

Segundo Hendry e colaboradores108, para que complexos metálicos sejam

potenciais hidrolases sintéticas, estes devem ser capazes de: fornecer dois sítios

lábeis cis-orientados para coordenar ambos o substrato e uma molécula de água

em orientação adequada para o ataque intramolecular; reduzir o pKa da respectiva

108

molécula de água coordenada a um sítio metálico (ácido de Lewis) e assim

fornecer um nucleófilo (íon hidróxido) ligado ao metal em pH próximo de neutro;

ativar o substrato frente ao ataque nucleofílico e/ou estabilizar o estado de

transição e liberar os produtos a uma velocidade razoável.

Sendo assim, os complexos 1 e 2 mostram-se compatíveis com os pré-

requisitos necessários para atuarem como hidrolases sintéticas, pois sítios lábeis

podem ser gerados uma vez que os grupos μ-acetato coordenados como pontes

exógenas podem ser hidrolisados. Essa proposta é sustentada pelos estudos em

solução via titulação potenciométrica (seção 4.2.8, página 104).

4.3.1 EFEITO DO pH NA REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP

O estudo do efeito do pH sobre a velocidade da reação de hidrólise do

substrato 2,4-BDNPP catalisada pelos compostos 1 e 2 foi realizado com o intuito

de analisar a influência do mesmo para cada sistema, buscando determinar os

pKas cinéticos das moléculas de água coordenadas aos centros metálicos,

comparando então com os valores das constantes de protonação determinadas

pelo estudo de equilíbrio químico em solução, além de encontrar o “pH ótimo”

para a catálise da reação.

A atividade de hidrólise do 2,4-BDNPP que se mostrou fortemente

influenciada pelo pH foi investigada em uma faixa de pH entre 3,50 e 10,00 para

ambos os complexos. Os gráficos gerados pelas variações das velocidades

iniciais (v0) em função do pH forneceram curvas em forma de sino tanto para o

complexo 1 quanto para o complexo 2. As velocidades da reação foram

praticamente nulas em valores de pH inferiores a 3,5, aumentando

109

gradativamente, atingido valor máximo em pH neutro (definido como “pH ótimo”),

diminuindo novamente quando o pH se torna alcalino, conforme mostrado na

Figura 40.

3 4 5 6 7 8 9 10 11

0

2

4

6

8

10

12

14

16

V 0 x 1

09 (mol

.L-1.s

-1)

pH 3 4 5 6 7 8 9 10 11

0

10

20

30

40

50

60

70

80

v 0 x 1

09 (mol

.L-1.s

-1)

pH Figura 40. Gráficos de v0 em função do pH para as reações de hidrólise do 2,4-

BDNPP catalisadas pelos complexos 1 e 2 a 25oC sob as seguintes condições:

solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1; [2,4-BDNPP] = 5,0.10-3

mol.L-1; [tampões] = 0,05 mol.L-1 (MES, HEPES, CHES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

Esse comportamento é um indicativo de que, para os complexos

estudados, a espécie ativa contém, em solução, uma molécula de água ligada ao

sítio de CoII e um íon hidróxido ligado ao metal trivalente (FeIII ou GaIII) como

proposto através dos estudos potenciométricos (seção 4.2.8, página 104). Dessa

forma, a velocidade da reação é máxima no pH onde existe a maior concentração

da espécie (HO)MIII(μ-OH)CoII(OH2). Em pH ácido, o íon hidróxido responsável

pelo ataque nucleofílico é protonado e a velocidade da reação diminui à medida

que o catalisador é convertido para a forma completamente protonada,

(H2O)MIII(μ-OH2)CoII(OH2). Em pH alcalino, ocorre a desprotonação da molécula

de água do sítio de CoII gerando a espécie completamente desprotonada

(HO)MIII(μ-OH)CoII(OH), o que dificulta a coordenação do substrato devido a

menor tendência de saída do hidróxido em relação à água.

110

As duas metades do sino foram tratadas pelo método de Boltzmann, onde

os pontos de inflexão das curvas sigmoidais correspondem aos valores de pKa1 e

pKa2, denominados “pKas cinéticos”, e podem ser correlacionados com as

constantes de protonação (pKa) determinadas potenciometricamente para as

moléculas de água ligadas aos metais. Comparando-se os valores dos pKas

cinéticos com os pKas potenciométricos, apresentados na Tabela 17, observa-se

uma boa concordância entre eles, apesar das diferentes condições experimentais.

Tabela 17. Valores encontrados para o “pH ótimo” dos complexos 1 e 2 e a

correlação entre pKa cinéticos e pKa potenciométricos onde as constantes índices

subescritos 1 e 2 refletem a coordenação da molécula de água aos sítios tri e

divalentes, respectivamente.

pH ótimo pK1 pK2 pKa1 pKa2 Complexos

Cinéticos Potenciométricos

1 7,0 ± 0,5 5,0 ± 0,5 8,2 ± 0,5 5,00 ± 0,10 8,31 ± 0,10

2 6,8 ± 0,5 5,0 ± 0,5 8,5 ± 0,5 5,46 ± 0,02 8,30 ± 0,03

Outros complexos descritos na literatura por Neves e colaboradores

também apresentaram uma boa correlação entre os pKas cinéticos e os pKas

determinados via potenciometria. 34,78,79,81,84,86

111

4.3.2 EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DO SUBSTRATO NA REAÇÃO DE

HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP

A avaliação do efeito da concentração do substrato, 2,4-BDNPP, sobre a

velocidade de hidrólise do mesmo, promovida pelos complexos 1 e 2 foi

investigada em pH 7, valor este determinado como “pH ótimo” o qual está descrito

na seção anterior. Nesse experimento pôde-se observar que há uma dependência

linear da velocidade a baixas concentrações de substrato, porém, com o aumento

da concentração de 2,4-BDNPP ocorre um desvio da linearidade tendendo a uma

curva de saturação. Esta dependência das velocidades iniciais em função da

concentração do substrato sugere que a reação de hidrólise ocorre com a

formação de um intermediário complexo-substrato.

Assim sendo, o modelo de Michaelis-Menten97 pôde ser aplicado para os

dois sistemas de maneira que os dados foram ajustados pelo método da

linearização de Lineweaver-Burk97 o qual forneceu dados necessários para o

cálculo dos parâmetros cinéticos dos complexos estudados.

Analisando os parâmetros cinéticos expostos observa-se que os complexos

1 e 2 estudados apresentaram uma aceleração de 19,2 e 21,2 mil vezes,

respectivamente frente à reação de hidrólise não catalisada do substrato modelo

(knc = 1,8.10-7 s-1 a 25 0C)87. O complexo 2 apresenta uma constante catalítica

kcat = 4,00.10-3 s-1, sendo esta ligeiramente superior à constante do complexo 1

(kcat = 3,63.10-3 s-1), o que reflete a maior eficiência que o composto 2 apresenta

na conversão de reagentes a produtos. Outros parâmetros cinéticos tais como a

constante de Michaelis (KM) e a eficiência catalítica (E) confirmam essa hipótese.

112

Figura 41. Curvas de saturação e gráficos de Lineweaver-Burk (inserções) para

as reações de hidrólise do 2,4-BDNPP catalisadas pelos complexos 1 e 2 a 25oC

sob as seguintes condições: solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5

mol.L-1; [BDNPP] = 6,67x10-4 – 6,0x10-3mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES);

I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

A seguir, a Tabela 18 apresenta os parâmetros cinéticos determinados

para os complexos 1 e 2 atrvés do estudo do efeito do substrato frente a reação

de hidrólise do 2,4-BDNPP.

0,0 1,0x10-3 2,0x10-3 3,0x10-3 4,0x10-3 5,0x10-3 6,0x10-3

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

v 0 . 1

08 (mol

.L-1.s

-1)

[2,4-BDNPP] (mol.L-1)

0,0 4,0x102 8,0x102 1,2x103 1,6x1030,0

2,5

5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

1 / v

0 ( .

107 )

1 / [2,4-BDNPP]

0,0 1,0x10-3 2,0x10-3 3,0x10-3 4,0x10-3 5,0x10-3 6,0x10-3

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

V 0 x 1

08 (mol

.l-1.s

-1)

[2,4-BDNPP] (mol.L-1)

5,0x102 1,0x103 1,5x103 2,0x103

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

(1 /

v 0) x

10-8

1 / [2,4-BDNPP]

113

Tabela 18. Parâmetros cinéticos obtidos nas reações de hidrólise do 2,4-BDNPP

para os complexos 1 e 2. Condições: Solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] =

4,0.10-5 mol.L-1; [BDNPP] = 6,67x10-4 – 6,0x10-3mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1

(HEPES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

Parâmetro 1 2 Vmáx. (mol.L-1.s-1) 13,5.10-8 11,5.10-8 KM (mol.L-1) 15,7.10-3 11,6.10-3 kcat (s-1) 3,63.10-3 4,00.10-3 E (kcat/KM) (mol-1.L.s-1) 26,2.10-2 35,4.10-2 Kass (mol-1.L) 64,0 90,0 f (kcat / knc) 19,2.103 21,2.103

Dentro da série de compostos FeIIIMII que tiveram sua atividade catalítica

avaliada frente a hidrólise do 2,4-BDNPP (FeIIICoII , FeIIINiII 78 , FeIIICuII 34 e

FeIIIZnII 81) o complexo FeIIICoII (kcat = 3,63.10-3 s-1) se mostrou cerca de oito vezes

mais efetivo na conversão de substrato a produtos se comparado ao complexo

FeIIINiII (kcat = 0,447.10-3 s-1) que apresentou a menor constante catalítica. Fica

claro então o papel da substituição do íon metálico divalente, pois a variação

deste acarretou significativas diferenças de atividade hidrolítica. Pode-se notar

nitidamente que existe uma dependência entre as constantes de associção (1/KM)

do substrato e as constantes catalíticas, pois quanto maior a Kass menor o kcat. Por

conseqüência, grandes constantes de associação refletem alta afinidade dos

complexos pelo substrato entretanto, certa dificuldade na liberação dos produtos.

Na série de compostos GaIIIMII (GaIIICoII, GaIIINiII 86, GaIIICuII 79 e

GaIIIZnII 79 o mesmo comportamento é observado, porém com um desvio no

complexo GaIIINiII. O complexo GaIIICoII (kcat = 4,00.10-3 s-1) apresentou atividade

cerca de 6,5 vezes maior que o complexo GaIIIZnII (kcat = 0,62.10-3 s-1) frente a

hidrólise do substrato 2,4-BDNPP. Novamente pode-se observar a relação entre

114

kcat e KM já discutida anteriormente. Na Tabela 19 estão listados alguns do os

parâmetros cinéticos calculados (kcat, KM e Kass) para os complexos

[MIIIMII(BPBPMP)( μ-OAc)2]ClO4 (onde MIII = Fe ou Ga e o MII = Co, Ni, Cu ou Zn)

já descritos na literatura por Neves colaboradores.34,78,79,81,86

Tabela 19. Parâmetros cinéticos selecionados (kcat, KM e Kass) para os complexos


GaIIICuII 79 e GaIIIZnII 79.

Complexos CoII NiII CuII ZnII

kcat (s-1) 3,6.10-3 0,4.10-3 1,8.10-3 1,7.10-3

KM (mol.L-1) 15,7.10-3 3,9.10-3 11,0.10-3 8,8.10-3 FeIII

Kass (1/KM) 63,7 256,4 90,9 113,6

kcat (s-1) 4,0.10-3 0,8.10-3 1,3.10-3 0,6.10-3

KM (mol.L-1) 11,6.10-3 6,6.10-3 10,4.10-3 7,4.10-3 GaIII

Kass (1/KM) 86,2 151,5 96,2 135,1

Embora seja proposto através dos estudos potenciométricos que as pontes

μ-OAc sejam hidrolisadas em solução, é possível que uma das pontes μ-OAc seja

mantida durante o tempo em que a cinética da reação de hidrólise é medida, já

que a aplicação do método das velocidades iniciais prevê, para esses compostos,

o acompanhamento da reação por um período de apenas 5 a 10 minutos. Assim

sendo, cada ensaio de reatividade foi submetido a um processo de incubação

(sob condições de reatividade) de 15 minutos antecedendo a etapa de adição do

substrato para assegurar a total hidrólise dos grupos acetato coordenados aos

centros metálicos, garantindo então a formação da espécie cataliticamente ativa.

De acordo com as estruturas cristalinas, os complexos 1 e 2 apresentam

modos de coordenação e uma distância metal-metal bastante similares

115

(aproximadamente 3,48 Å), enquanto que na enzima kb-PAP, que possui uma

ponte do tipo μ-OH, essa distância cai para 3,26 Å. Tendo em vista que uma

menor distância entre os sítios metálicos, devido a ponte hidróxido, deva

promover uma melhor aproximação entre o substrato e o hidróxido terminal ligado

ao centro metálico trivalente, o ataque nucleofílico sobre o átomo de fósforo seria

facilitado, tornando o processo catalítico mais eficiente para complexos μ-hidroxo

frente a complexos μ-OAc. Vale ressaltar que, como confirmado por estudos no

estado sólido, pode-se inferir que em solução os complexos são mantidos e

geram, em condições de reatividade, espécies cataliticamente ativas

semelhantes. Tal fato tem como reflexo os parâmetros cinétidos obtidos, com

valores bastante similares (Tabela 18).

Sendo ambos os complexos estudados neste trabalho isoestruturais tanto

no estado sólido como em solução, a pequena diferença de potencial catalítico

frente à hidrólise do 2,4-BDNPP pode estar relacionada com o poder nucleofílico

do grupo hidróxido terminal ligado ao sítio metálico trivalente. Como proposto pelo

estudo em solução dos complexos 1 e 2, os pKas para a desprotonação da

molécula de água à hidróxido terminal são 5,00 e 5,46, respectivamente. Sendo

assim, o grupo hidróxido ligado ao centro de GaIII no complexo 2 pode

proporcionar um melhor ataque sobre o centro de fósforo do éster ativado.

O acompanhamento de uma reação estequiométrica (1:1) entre os

complexos 1 e 2 e o substrato 2,4-BDNPP (Figura 42.), foi realizado buscando

avaliar se o monoéster 2,4-dinitrofenilfosfato (2,4-DNPP) também estaria sendo

hidrolisado a 2,4-dinitrofenolato (2,4-DNP) e fosfato inorgânico (Pi). Através deste

experimento observou-se que para ambos os complexos após um período de 40

116

horas, a 25 °C, dois equivalentes de 2,4-DNP foram liberados, indicando assim

que o monoéster também é hidrolisado.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Abs

Tempo (h) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

Abs

Tempo (h)

Figura 42. Acompanhamento espectrofotométrico em 400 nm da reação

estequiométrica (1:1) entre os complexos 1 (esquerda) e 2 (direita) e o substrato

2,4-BDNPP a 50 ºC sob as seguintes condições: solução CH3CN/H2O 1:1;

[complexo] e [BDNPP] = 4,0.10-5 mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1

mol.L-1 (LiClO4).

Em termos de modelagem da atividade enzimática um importante fator

deve ser levado em conta: que as reações promovidas pelos complexos modelos

apresentem um ciclo catalítico, ou seja, que o catalisador (complexo) após reagir

com uma molécula do substrato, libere os produtos regenerando a espécie ativa e

assim reiniciando o processo. Assim, para verificar se os complexos em estudo

apresentam esta característica, realizou-se um experimento com uma

estequiometria (50:1) entre o substrato modelo 2,4-BDNPP (2,0.10-3 mol.L-1), e os

complexos 1 e 2 (4,0.10-5 mol.L-1). O experimento (Figura 43.) foi monitorado

espectrofotometricamente (445 nm; ε = 3600 L.mol-1.cm-1), a pH 7,00 com

temperatura constante (25 °C). Dessa forma, observou-se que em 30 horas o

complexo 1 foi capaz de hidrolisar duas moléculas de substrato enquanto que o

complexo 2 hidrolisou três moléculas de 2,4-BDNPP.

117

0 5 10 15 20 25 300,0

0,1

0,2

0,3

0,4Ab

s

Tempo (h) 0 5 10 15 20 25 30

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Abs

Tempo (h)

Figura 43. Acompanhamento espectrofotométrico em 445 nm da reação entre os

complexos 1 (direita) e 2 (esquerda) em condições de 50 vezes de excesso do

substrato 2,4-BDNPP em relação aos respectivos complexos a 25 ºC sob as

seguintes condições: solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1;

[BDNPP] = 2,0.10-3 mol.L-1; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1

(LiClO4).

No sentido de descartar a hipótese do ataque nucleofílico ao centro de

fósforo do substrato modelo estar sendo realizado pelo meio reacional (catálise

básica geral) realizou-se um experimento de efeito isotópico de deutério sobre a

velocidade da reação hidrolítica do 2,4-BDNPP catalisada pelos complexos 1 e 2.

De acordo com Deal e colaboradores,109 caso a razão entre as constantes

de velocidades de duas reações de hidrólise do 2,4-BDNPP, sob as mesmas

condições realizadas em H2O e D2O (kH/kD), estiver entre 0,80 e 1,50 indica que

não há transferência de próton envolvida na etapa determinante da reação,

sugerindo então um ataque nucleofílico intramolecular. Os valores encontrados

para a razão kH/kD para os complexos 1 e 2 foram 1,00 e 0,90, respectivamente.

Estes valores evidenciam que o ataque nucleofílico é, portanto, intramolecular e

não promovido pelo meio (catálise básica geral).

118

4.3.3 EFEITO DE INIBIÇÃO NA REAÇÃO DE HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP

Uma vez que os complexos 1 e 2 liberam íons acetato em solução (seção

4.2.8, página 104) devido à hidrólise de suas pontes em condições de reatividade

(seção 3.1.2.10, página 54), faz-se necessário um estudo de verificação se os

mesmos não provocam uma inibição competitiva frente ao substrato modelo. Na

Figura 44 apresenta-se o gráfico resultante dos percentuais de inibição da

hidrólise em função do número de equivalentes de íons acetato adicionados,

sendo que os experimentos foram realizados no “pH ótimo” de atuação dos

catalisadores 1 e 2.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 [FeCo(bpbpmp)(μ-OAc)2]ClO4

% In

ibiç

ão

[OAc]/[Complexo]

[GaCo(bpbpmp)(μ-OAc)2]ClO4

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

[FeCo(bpbpmp)(μ-OAc)2]ClO4

% In

ibiç

ão

[HPO4]/[Complexo]

[GaCo(bpbpmp)(μ-OAc)2]ClO4

Figura 44. Percentual de inibição por íons acetato (esquerda) e íons fosfato

(direita) da reação de hidrólise do 2,4-BDNPP catalisada pelos complexos 1 e 2 a

25 ºC. Condições vide seção 3.1.2.10, página 54.

Observou-se que na presença de dois equivalentes de íons acetato os

percentuais de inibição foram 11 e 3% para os complexos 1 e 2, respectivamente,

o que inidica que os dois íons acetato hidrolisados em condições de reatividade

pouco influenciam as velocidades de hidrólise para ambos os complexos. O

119

complexo 2, devido ao seu maior potencial catalítico (kcat = 4,00.10-3 s-1)

apresentou-se menos susceptível à inibição.

Contudo, a elevadas concentrações de acetato, o complexo 1 apresenta

uma nítida curva de saturação onde a reação atinge uma taxa de inibição de 84%

com 40 equivalentes de acetato. O complexo 2, por ser menos sensível a

presença de íons acetato não apresentou uma curva com comportamento de

saturação e sim linear nas concentrações de inibidor estudadas, onde com 40

equivalentes atingiu-se 38% de inibição da reação estudada. Tendo em vista

esses resultados, pode-se afirmar que em pH 7,00 os íons acetato não estão

coordenados aos complexos binucleares e que esses ânions podem ser

considerados inibidores competitivos para essa reação quando presente em altas

concentrações.

Devido à reação hidrolítica do 2,4-BDNPP liberar dois equivalentes de 2,4-

DNP, o outro produto formado é o fosfato inorgânico (Pi), assim o estudo inibitório

da reação por esse tetraoxoânion se faz necessário uma vez que os íons fosfato

atuam como poderosos inibidores.

Através das curvas de saturação apresentadas da Figura 44 (direita) para

os complexos 1 e 2 pôde-se utilizar o método da linearização de Lineweaver-

Burk97 o qual forneceu dados necessários para o cálculo de parâmetros tais

como: constamte de associação (Kass) dos íons HPO42- e constante de Michaelis

(KM) aos complexos estudados (Tabela 20).

120

Tabela 20. Parâmetros cinéticos obtidos nos estudos inibitórios das reações de

hidrólise do 2,4-BDNPP por íons HPO42- para os complexos 1 e 2. Condições:

Solução CH3CN/H2O 1:1; [complexo] = 4,0.10-5 mol.L-1; [BDNPP] = 4,0.10-4;

[HPO42-] = 0 a 3,23.10-4; [tampão] = 0,05 mol.L-1 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

Parâmetros 1 2 KM (μmol.L-1) 0,30 0,28 Kass (mol-1.L) 3,3.104 3,5.104

De acordo com a Figura 44 (direita), as interações entre os complexos

estudados e o Pi são, de fato, bastante intensas uma vez que com apenas 1

equivalente de HPO42- os percentuais de inibição para as reações catalisadas

pelos complexos 1 e 2 são de 37 e 33%, respectivamente.

Apesar da pequena difereça entre os índices de inibição dos complexos

estudados, o complexo 2 se mostra mais resistente à inibição por fosfato assim

como nos estudos de inibição por íons acetato. Dessa forma o aumento da

contração de Pi durante o curso da reação pode estar relacionado com o baixo

número de “turnovers” ou ciclos catalíticos, pois ao passo que o mesmo é

formado como produto da hidrólise completa do 2,4-BDNPP sua coordenação

definitiva sob a forma de ponte entre os sítios metálicos pode impedir a

associação de uma nova molécula de substrato.

4.3.4 PROPOSTA MECANÍSTICA PARA A HIDRÓLISE DO 2,4-BDNPP

Tendo em vista os resultados obtidos e discutidos nas seções anteriores

propõe-se que ambos os complexos estudados atuem na clivagem hidrolítica do

2,4-BDNPP por um mecanismo semelhante. Algumas das evidências para a

121

proposição do mecanismo foram obtidas das diversas técnicas de caracterização

cujos complexos 1 e 2 foram submetidos (seção 4.2).

Com base em estudos no estado sólido como análise estrutural por

cristalografia de raios X em monocristal, espectroscopia Mössbauer (complexo 1),

infravermelho, reflectância difusa e técnicas em solução tais como medidas de

condutividade, espectroscopia eletrônica UV-Vis-IVP e eletroquímica de 1 e 2,

torna-se evidente a presença da espécie (a) (Figura 45) em acetonitrila. Contudo,

estudos em solução através de titulação potenciométrica (EtOH/H2O 70/30%)

buscaram avaliar a labilidade dos grupos μ-acetato ponte, de maneira que foi

possível a determinação de três prótons tituláveis. Sendo assim propõe-se que a

espécie (b) seja a configuração cataliticamente ativa dos compostos 1 e 2 nas

condições experimentais utilizadas nos experimentos de reatividade.

pH 7,00

N

N

N

O

O O

O O

MIIICoII

N

N

O

N

N

N

O

OH2

O

MIIICoII

N

N

O HO

H

(a) (b)

Figura 45. Proposta para a formção da espécie cataliticamente ativa dos

complexos 1 e 2 em solução (titulação potenciométrica) e condições de

reatividade (pH 7,00).

Como ambos os complexos 1 e 2 apresentaram um comportamento de

saturação do tipo Michaelis-Menten propõe-se que a coordenação do substrato

deva ocorrer por deslocamento da molécula de água ligada ao sítio metálico de

CoII regido por uma constante de associação (Kass), de modo que o substrato se

122

oriente em posição cis ao íon hidróxido para que ocorra o ataque nucleofílico em

linha do mesmo sobre o centro eletrofílico de fósforo de acordo com uma

constante catalítica (kcat). A possibilidade de uma catálise básica geral foi

descartada após o estudo do efeito isotópico do deutério, que evidenciou a

participação dos complexos modelos no ataque intramolecular para posterior

hidrólise do diéster de fosfato. Segundo Menger110, em geral, ataques

nucleofílicos intramoleculares têm sido associados com altas velocidades de

reação devido ao aumento da ordem do sistema. Com estes dados propõe-se a

formação da espécie (c) conforme apresentado na Figura 46:

MIII Co

O

CH3

N NN N

NOHO

OOH2

H

O

P

O

O

O

O2N

NO2

NO2

O2N

-

H2O

Kass

H2O/HO-

PO43-

R =

NO2

NO2

R

H

MIII Co

O

CH3

N NN N

NOHO

O

O

P

O

OO R

R

MIII Co

O

CH3

N NN N

NO

O

O

O

P

OO

H

kcat

(c)

Figura 46. Mecanismo proposto para a clivagem hidrolítica do 2,4-BDNPP

catalisados pelos complexos 1 ou 2 a 25oC sob as seguintes condições: solução

CH3CN/H2O 1:1; pH 7,00 (HEPES); I = 0,1 mol.L-1 (LiClO4).

123

Segundo Bunton e colaboradores,87 a hidrólise espontânea do 2,4-BDNPP

ocorre em duas etapas com a quebra das ligações oxigênio-fósforo, gerando dois

equivalentes de 2,4-DNP e um de Pi sendo que a segunda etapa (hidrólise do

monoéster) é cerca de 20 vezes mais rápida que a primeira (hidrólise do diéster).

Visto que a reação estequiométrica com 2,4-BDNPP forneceu 2

equivalentes de 2,4-dinitrofenolato (seção 4.3.2, página 111) propõe-se a espécie

(c) (Figura 46), onde o monoéster 2,4-DNPP encontra-se coordenado aos dois

centros metálicos pelo grupo µ-fosfato. Com esta possibilidade de fosfato ponte, o

grupo μ-hidroxo ponte já presente no complexo estaria em posição adequada

para o ataque ao centro eletrofílico do tetraoxoânion em questão com uma

posterior saída do segundo grupo 2,4-dinitrofenolato.

Diante do exposto, pode-se sugerir que o monoéster 2,4-DNPP, assim

como observado para a reação não catalisada, reage mais rápido do que o diéster

2,4-BDNPP, sendo a reação de hidrólise do 2,4-BDNPP a etapa determinante da

velocidade da reação.

Conforme mostram os estudos de inibição da reação de hidrólise

catalisados pelos complexos estudados neste trabalho, a última etapa do ciclo

catalítico caracterizada pelo deslocamento do fosfato inorgânico e posterior

regeneração do catalisador é comprometida na medida que a concentração de

fosfato auementa durante o curso da reação. O que evidencia tal fato é a alta

constante de associção do tetraoxoânion em questão com os complexos

estudados na ordem de 30.000 mol.L-1, o que pode acarretar um baixo número de

ciclos catalíticos.

Alguns trabalhos na literatura75-79,81,84,86,98,111-114 têm utilizado o 2,4-BDNPP

como substrato. Dentre estes o que apresenta uma maior atividade é um

124

complexo heterobinuclear FeIIICuII reportado por Neves e colaboradores34, o qual

acelera a reação por um fator de 10 mil vezes. Neste trabalho, os complexos 1 e 2

apresentam melhor atividade catalítica com uma aceleração de 19,2 e 21,2 mil

vezes, respectivamente, na velocidade de hidrólise do 2,4-BDNPP em relação à

reação não catalisada. Estes estudos revelam que os complexos 1 e 2 são

potenciais modelos funcionais para fosfoidrolases e, mais especificamente,

modelos estruturais e funcionais para as PAPs metalo-substituídas.

5 CONCLUSÕES

Foi sintetizado e caracterizado por IV e 1H-RMN o ligante binucleante de

características não-simétricas H2BPBPMP e seus precursores com bons

rendimentos e grau de pureza adequado, de acordo com a rota sintética descrita

por Neves e colaboradores76.

Foram sintetizados dois novos complexos binucleares de ferro(III)cobalto(II)

e gálio(III)cobalto(II) empregando-se o ligante H2BPBPMP através da obtenção da

unidade estrutural [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4.0,25H2O para o complexo 1 e

[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4.H2O para o complexo 2.

Via difratometria de raios X em monocristal, os complexos 1 e 2 tiveram

suas estruturas cristalinas resolvidas apresentando-se isoestruturais entre si,

sendo ainda apontados como modelos estruturais para as PAPs metalo-

substituídas, pois possuem um arranjo heterobinuclear (MIIIMII) contendo grupos

ligantes N,O-doadores, os quais mimetizam os resíduos de aminoácidos

presentes no sítio ativo das PAPs e simulam a distância metal-metal de

aproximadamente 3,5 Å presente na rbPAP11.

Os complexos 1 e 2 foram ainda caracterizados por espectroscopia no

infravermelho, de onde foi possível identificar as bandas provenientes do ligante e

do contra-íons, medidas de condutividade, fornecendo assim a proporção de

eletrólitos (1:1) em solução, espectroscopia eletrônica, de onde se atribuíram

bandas d-d e de transferência de carga, eletroquímica, cujos experimentos

forneceram os valores dos potenciais redox e estudos de titulação

potenciométrica permitiram propor o equilíbrio entre as espécies presentes em

solução.

126

O centro de FeIII presente no complexo 1 foi ainda caracterizado por

espectroscopia Mössbauer, cujos valores dos desdobramentos isomérico e

quadrupolar apontaram para uma simetria octaédrica distorcida sob uma

configuração eletrônica de alto spin.

Estudos de reatividade frente à clivagem hidrolítica do diéster fosfórico

ativado 2,4-BDNPP assistida pelos complexos 1 e 2 revelaram que estes atuam

como catalisadores na hidrólise do substrato modelo, com acelerações de 19,2 e

21,2 mil vezes, respectivamente, em relação à reação não catalisada, sendo que

o complexo 2 (GaIIICoII) apresenta maior atividade na hidrólise do substrato e

formação de produtos. Vale ainda salientar que, dentre a série de compostos

isoestruturais do tipo [MIIIMII(BPBPMP)(μ-OAc)2]+ (onde MIII = Ga ou Fe e MII =

Mn, Fe, Co, Ni, Cu e Zn) os complexos FeIIICoII e GaIIICoII estudados neste

trabalho, são os mais efetivos na conversão do 2,4-BDNPP a produtos. Tal fato

revela que a substituiçao dos íons nativos à enzima por CoII são determinantes no

processo de hidrólise, ressaltando assim o papel da substitução metálica em

complexos modelos e na enzima nativa.

A partir dos dados estruturais, espectroscópicos, eletroquímicos, cinéticos

e de titulação potenciométrica foi possível propor um ciclo catalítico para a

hidrólise do 2,4-BDNPP, mediada pelos complexos 1 e 2. O mecanismo proposto

inclui ataques nucleofílicos intramoleculares, envolvendo duas etapas: um ataque

do grupo hidróxido terminal coordenado no centro metálico trivalente ao átomo de

fósforo do substrato ligado ao centro metálico divalente de CoII; seguido da etapa

rápida onde o grupo hidróxido ponte atua como nucleófilo.

Os estudos de inibição da reação do 2,4-BDNPP mostram que os íons

acetato não influenciam significativamente o processo de reação, porém, íons

127

fosfato devido a sua alta constante de associação podem comprometer o ciclo

catalítico, mesmo em concentrações reduzidas.

6 PERSPECTIVAS

Para uma maior e melhor elucidação do ciclo catalítico e, o caminho mais

provável pelo qual a reção de hidrólise do 2,4-BDNPP esteja ocorrendo, seria de

extrema relevância a obtenção de estruturas cristalinas do substrato modelo

coordenado aos complexos catalisadores. Compostos como esses auxiliariam na

investigação de passos determinantes do mecanismo reacional como o modo de

coordenação do substrato ao catalista e o estado de transição pentacoordenado

do centro de fósforo do substrato.

A despeito de que os complexos 1 e 2 apresentaram uma significativa

atividade hidrolítica frente ao 2,4-BDNPP a síntese direta e obtenção de

estruturas cristalinas dos compostos análogos buscando a unidade estrutural

(HO)MIII(μ-OH)CoII(OH2) ao invés de pontes do tipo μ-acetato também são de

grande interesse uma vez que dessa forma não haveria a influência inibitória dos

íons acetato e teríamos uma maior similaridade estrutural em termos de modelo

mimético para as PAPs.

Por se tratar de um diéster de fosfato, o substrato modelo 2,4-BDNPP pode

liberar até duas moléculas de 2,4-DNP o que torna o estudo mecanístico

significativamente complexo. Dessa forma a utilização de outros substratos

modelo com apenas um grupo de saída, como por exemplo, o diéster, sal de lítio

do 2,4-dinitrofeniletilfosfato (Figura 47a) e o triéster de fosfato 2,4-dinitrofenil-

dietilfosfato (Figura 47b), permitirão um estudo mais adequado dos produtos da

reação de hidrólise sendo então importantes ferramentas na elucidação do ciclo

catalítico dos complexos modelo em questão.

129

P

O

O O

O

NO2

NO2

P

O

O OO

NO2

NO2

- Li +

(a) (b)

Figura 47. Substratos modelos alternativos para o estudo mecanístico de reações

hidrolíticas catalisadas pelos complexos 1 e 2.

Outros experimentos como a marcação isotópica da molécula de água

ligada aos sítios metálicos trivalentes (Fe ou Ga) com 18OH2 e utilização do

complexo marcado na reação de hidrólise de ésteres de fosfato devem ser

realizados. A análise dos produtos da reação, via espectroscopia de massa, pode

revelar se o oxigênio marcado encontra-se ligado a um fosfato, por exemplo,

comprovando o ataque nucleofílico intramolecular.

O acompanhamento de testes de hidrólise do 2,4-BDNPP e outros ésteres

de fosfato através de RMN de 31P poderia indicar a presença de intermediários de

reação, detectar o modo de coordenação do substrato ao complexo, auxiliar na

identificação de produtos dentre outras informações.

A determinação dos produtos da reação de hidrólise do 2,4-BDNPP

também pode fornecer informações importantes a respeito do mecanismo da

reação. Os produtos podem ser caracterizados e quantificados através de

cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC).

Estudos de raios X em solução (EXAFS) poderiam revelar se os complexos

estudados neste presente trabalho apresentam a formação da espécie FeIII ou

GaIII pentacoordenada, corroborando a idéia de um mecanismo similar para o

130

complexo FeIIICuII descrito na literatura por Lanznaster e colaboradores34 com a

possibilidade do ataque nucleofílico ao substrato modelo ser promovido por uma

ponte oxo intermetálica.

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113 DUBOC-TOIA, C., MÉGANE, S., VINCENT, J.- M. et al. Structure of a (μ-

oxo)(dihydroxo) diiron(III) complex and its reactivity toward phosphodiesters.


144

114 SCARPELLINI, M.; NEVES, A.; HORNER, R.; TERENZI, H. et al. Phosphate

diester hydrolysis and DNA damage promoted by new cis-aqua;hidroxy

copper(II) complexes containing tridentate imidazole-rich ligands. Inorganic

Chemistry, v. 42, p. 8353-8365, 2003.

APÊNDICES

DADOS CRISTALOGRÁFICOS

C34

C74

C35

C33

C73

C36

N32

O71

O72

C50

C3 C31

C56C51

O20

C13

N4

C14

C23

C55

Fe1

C30

C22

O1

C12

C5

N52

C15

C24

Co1

C40

C54

C53

N1

C11

C16

C21

O61

C25

O62 C63

C2C41

C26

C20N42

C46

C64

C43

C45

C44

Figura 48. ORTEP do Cátion Complexo [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]+.

Tabela 21. Dados cristalográficos do complexo [FeIIICoIIBPBPMP(OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O

Fórmula empírica C38H39,50ClCoFeN5O10,25 Massa molar (g.mol-1) 880,48 Temperatura (K) 293(2) Comprimento de onda (Å) 0,71069 Sistema cristalino, grupo espacial Monoclínico, P21/c

Parâmetros de Cela Unitária a = 19,612(5) Å α = 90º b = 10,795(5) Å β = 116,670(5)o c = 20,807(5) Å γ = 90º

Volume Å3 3936(2) Z, Densidade calculada (g/cm3) 4; 1,486 Coeficiente de absorção mm-1 0,922 F(000) 1818 Dimensões do cristal (mm) 0,50 x 0,50 x 0,50 Intervalo de θ 1,16 a 25,00 o Intervalo dos índices h, k, l -23 ≤ h ≤ 0, -12 ≤ k ≤ 0, -22 ≤ l ≤ 24 Reflexões coletadas / únicas 7144 / 6928 Rint=0,0804 Correção de absorção Psi-scan Máx. e mín. de transmissão 0,8622 e 0,7399

Método de refinamento Mínimos-quadrados com matriz completa em F2

Dados / restrições / parâmetros 6928 / 113 / 528 Goodness-of-fit on F2 1,060 Índice R final [I>2σ(I)] R = 0,0612 Rw = 0,1630 Índices R (todos os dados) R = 0,1162 Rw = 0,1753 Densidade eletrônica residual (e.Å-3) 0,843 e -0,645

146


isotrópicos (A2 x 103) para [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O, onde U(eq) é

definido como 1/3 do traço do tensor ortogonalizado Uij.

x y z U(eq) Fe1 8197(1) 655(1) 403(1) 35(1) Co1 8002(1) -45(1) 1950(1) 41(1) O1 7582(2) 821(3) 956(2) 38(1) N1 7887(2) 2588(4) 40(2) 37(1) C2 7566(3) 3242(5) 475(3) 42(1) C3 6309(3) -386(5) 999(3) 44(1) N4 6852(3) -460(4) 1780(2) 45(1) C11 6855(3) 2651(5) 432(3) 39(1) C12 6903(3) 1441(5) 694(3) 37(1) C13 6260(3) 881(5) 696(3) 41(1) C14 5570(3) 1536(5) 396(3) 47(1) C15 5506(3) 2711(5) 106(3) 47(1) C16 6160(3) 3257(5) 138(3) 46(1) C5 4743(3) 3363(6) -261(4) 67(2) O20 8748(2) 654(3) -143(2) 45(1) C20 8585(3) 3285(5) 135(3) 45(1) C21 8987(3) 2790(5) -284(3) 42(1) C22 9077(3) 1512(5) -368(3) 39(1) C23 9519(3) 1148(6) -701(3) 50(1) C24 9858(3) 2013(7) -955(3) 61(2) C25 9745(4) 3258(7) -906(4) 65(2) C26 9325(3) 3635(6) -561(3) 58(2) C30 7326(3) 2564(5) -730(3) 42(1) C31 6792(3) 1477(5) -896(3) 39(1) N32 7104(2) 432(4) -541(2) 38(1) C33 6664(3) -593(5) -698(3) 46(1) C34 5921(3) -604(6) -1208(3) 57(2) C35 5599(3) 492(7) -1570(3) 64(2) C36 6041(3) 1544(6) -1409(3) 49(1) C40 6642(3) 429(6) 2196(3) 51(2) C41 7011(3) 1661(6) 2263(3) 50(1) N42 7739(3) 1635(5) 2352(2) 48(1) C43 8109(4) 2709(6) 2459(3) 60(2) C44 7797(5) 3830(7) 2483(4) 81(2) C45 7051(5) 3861(7) 2373(5) 85(2) C46 6652(4) 2764(7) 2253(3) 68(2) C50 6873(3) -1725(6) 2047(3) 58(2) C51 7590(3) -1934(5) 2744(3) 49(1) N52 8195(3) -1263(4) 2821(2) 46(1) C53 8859(3) -1472(6) 3405(3) 53(2) C54 8931(4) -2331(6) 3928(3) 61(2) C55 8303(4) -2998(6) 3842(4) 67(2) C56 7623(4) -2798(6) 3247(3) 60(2) O61 9145(2) 1163(4) 1291(2) 53(1) O62 9124(2) 362(4) 2269(2) 58(1) C63 9445(3) 874(6) 1951(3) 51(2) C64 10273(4) 1211(11) 2367(4) 118(4) O71 8288(2) -1148(3) 527(2) 47(1)

147

O72 8056(3) -1722(3) 1440(2) 59(1) C73 8153(3) -1959(5) 906(3) 44(1) C74 8104(4) -3275(5) 663(3) 62(2) OW 5792(16) -3840(3) 2167(15) 120(9) Cl1 5897(1) 5855(2) -1438(1) 76(1) O1P 5824(4) 4642(5) -1667(4) 117(2) O2P 5892(4) 6663(5) -1959(3) 118(2) O3P 6377(6) 6084(12) -746(4) 124(5) O3P' 6768(9) 5824(17) -994(12) 186(15) O4P 5134(5) 6088(13) -1486(7) 158(6) O4P' 5670(18) 6219(17) -980(12) 176(10)


[FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O.

Fe1 – O20 1.888(3) C25 – C26 1.375(8) Fe1 – O71 1.961(4) C30 – C31 1.505(7) Fe1 – O1 2.014(3) C31 – N32 1.336(6) Fe1 – O61 2.022(4) C31 –C36 1.380(7) Fe1 – N32 2.175(4) N32 – C33 1.350(6) Fe1 – N1 2.209(4) C33 – C34 1.364(8) Fe1 – Co1 3.4892(12) C34 – C35 1.393(9) Co1 – O62 2.040(4) C35 – C36 1.376(8) Co1 – O1 2.073(3) C40 – C41 1.491(8) Co1 – O72 2.125(4) C41 – N42 1.354(7) Co1 – N52 2.130(4) C41 – C46 1.380(9) Co1 – N42 2.156(5) N42 – C43 1.332(7) Co1 – N4 2.167(4) C43 – C44 1.367(9) O1 – C12 1.366(6) C44 – C45 1.376(10) N1 – C30 1.481(6) C45 – C46 1.379(10) N1 – C2 1.492(6) C50 – C51 1.517(8) N1 – C20 1.497(6) C51 – N52 1.338(7) C2 – C11 1.499(7) C51 – C56 1.382(8) C3 – C13 1.491(7) N52 – C53 1.343(7) C3 – N4 1.492(6) C53 – C54 1.387(8) N4 – C50 1.468(7) C54 – C55 1.368(9) N4 – C40 1.470(7) C55 – C56 1.369(9) C11 – C16 1.382(7) O61 – C63 1.267(7) C11 – C12 1.402(7) O62 – C63 1.232(7) C12 – C13 1.401(7) C63 – C64 1.501(8) C13 – C14 1.401(7) O71 – C73 1.281(6) C14 – C15 1.386(8) O72 – C73 1.236(7) C15 – C16 1.386(8) C73 – C74 1.496(8) C15 – C5 1.514(8) C1 – O4P' 1.282(10) O20 – C22 1.328(6) C1 – O3P 1.345(8) C20 – C21 511(7) – O1P 79(5) C21 – C26 394(8) – O2P 88(5) C21 – C22 412(7) – O4P 76(7) C22 – C23 389(7) – O3P' 536(13) C23 – C24 380(8) P – O3P' 4(2) C24 – C25 374(9) P – O4P' 6(3) P – O4P' 1(3) O20 – Fe1 – O71 2.05(15) 5 – C24 – C23 0.8(6)

148

O20 – Fe1 – O1 174.68(15) C24 – C25 – C26 118.8(6) O71 – Fe1 – O1 93.15(14) C25 – C26 – C21 122.0(6) O20 – Fe1 – O61 90.56(16) N1 – C30 – C31 111.3(4) O71 – Fe1 – O61 98.99(17) N32 – C31 – C36 122.4(5) O1 – Fe1 – O61 89.73(15) N32 – C31 – C30 115.7(4) O20 – Fe1 – N32 93.12(16) C36 – C31 – C30 121.8(5) O71 – Fe1 – N32 90.21(16) C31 – N32 – C33 118.3(4) O1 – Fe1 – N32 85.75(14) C31 – N32 – Fe1 115.2(3) O61 – Fe1 – N32 169.97(17) C33 – N32 – Fe1 125.0(4) O20 – Fe1 – N1 86.47(15) N32 – C33 – C34 122.6(5) O71 – Fe1 – N1 167.73(15) C33 – C34 – C35 118.7(6) O1 – Fe1 – N1 88.21(14) C36 – C35 – C34 119.1(5) O61 – Fe1 – N1 93.21(16) C35 – C36 – C31 118.9(5) N32 – Fe1 – N1 77.72(15) N4 – C40 – C41 112.6(4) O62 – Co1 – O1 96.65(15) N42 – C41 – C46 121.3(6) O62 – Co1 – O72 93.32(18) N42 – C41 – C40 115.7(5) O1 – Co1 – O72 88.45(14) C46 – C41 – C40 123.0(6) O62 – Co1 – N52 95.82(17) C43 – N42 – C41 117.8(5) O1 – Co1 – N52 164.98(16) C43 – N42 – Co1 126.2(4) O72 – Co1 – N52 82.50(16) C41 – N42 – Co1 112.7(4) O62 – Co1 – N42 95.94(18) N42 – C43 – C44 123.9(6) O1 – Co1 – N42 87.13(15) C43 – C44 – C45 118.3(7) O72 – Co1 – N42 170.15(17) C44 – C45 – C46 119.0(7) N52 – Co1 – N42 99.87(17) C45 – C46 – C41 119.6(7) O62 – Co1 – N4 171.41(16) N4 – C50 – C51 110.9(5) O1 – Co1 – N4 90.65(15) N52 – C51 – C56 122.5(5) O72 – Co1 – N4 91.39(17) N52 – C51 – C50 115.2(5) N52 – Co1 – N4 77.67(16) C56 – C51 – C50 122.2(6) N42 – Co1 – N4 79.86(17) C51 – N52 – C53 117.7(5) C12 – O1 – Fe1 122.8(3) C51 – N52 – Co1 115.0(3) C12 – O1 – Co1 120.0(3) C53 – N52 – Co1 127.2(4) Fe1 – O1 – Co1 117.24(16) N2 – C53 – C54 122.6(6) C30 – N1 – C2 110.7(4) C55 – C54 – C53 118.8(6) C30 – N1 – C20 110.1(4) C54 – C55 – C56 119.3(6) C2 – N1 – C20 107.0(4) C55 – C56 – C51 119.2(6) C30 – N1 – Fe1 108.1(3) C63 – O61 – Fe1 135.5(4) C2 – N1 – Fe1 111.4(3) C63 – O62 – Co1 131.3(4) C20 – N1 – Fe1 109.5(3) O62 – C63 – O61 126.3(5) N1 – C2 – C11 113.4(4) O62 – C63 – C64 118.8(6) C13 – C3 – N4 112.9(4) O61 – C63 – C64 114.9(6) C50 – N4 – C40 110.6(5) C73 – O71 – Fe1 136.7(4) C50 – N4 – C3 110.3(4) C73 – O72 – Co1 133.4(4) C40 – N4 – C3 110.8(4) O72 – C73 – O71 124.6(5) C50 – N4 – Co1 106.3(3) O72 – C73 – C74 119.1(5) C40 – N4 – Co1 108.4(3) O71 – C73 – C74 116.2(5) C3 – N4 – Co1 110.4(3) O4P' – Cl1 – O3P 57.1(12) C16 – C11 – C12 119.6(5) O4P' – Cl1 – O1P 122.1(9) C16 – C11 – C2 122.1(5) O3P – Cl1 – O1P 117.3(6) C12 – C11 – C2 118.3(5) O4P' – Cl1 – O2P 120.4(9) O1 – C12 – C13 120.3(5) O3P – Cl1 – O2P 118.6(6) O1 – C12 – C11 119.7(4) O1P – Cl1 – O2P 111.3(4) C13 – C12 – C11 120.0(5) O4P' – Cl1 – O4P 47.0(12) C12 – C13 – C14 118.2(5) O3P – Cl1 – O4P 104.1(6) C12 – C13 – C3 120.6(5) O1P – Cl1 – O4P 101.2(6)

149

C14 – C13 – C3 121.2(5) O2P – Cl1 – O4P 100.9(6) C15 – C14 – C13 122.4(5) O4P' – Cl1 – O3P' 102.9(8) C14 – C15 – C16 117.9(5) O3P – Cl1 – O3P' 45.8(9) C14 – C15 – C5 121.4(5) O1P – Cl1 – O3P' 95.8(8) C16 – C15 – C5 120.7(5) O2P – Cl1 – O3P' 95.7(8) C11 – C16 – C15 121.8(5) O4P – Cl1 – O3P' 149.9(10) C22 – O20 – Fe1 135.4(3) O3P' – O3P – O4P' 134.9(10) N1 – C20 – C21 115.5(4) O3P' – O3P – Cl1 76.0(8) C26 – C21 – C22 118.6(5) O4P' – O3P – Cl1 59.0(7) C26 – C21 – C20 118.4(5) O3P – O3P' – Cl1 58.2(8) C22 – C21 – C20 122.9(5) O4P' – O4P – Cl1 57.4(7) O20 – C22 – C23 119.4(5) O4P – O4P' – O3P 139.6(10) O20 – C22 – C21 122.1(5) O4P – O4P' – Cl1 75.7(10) C23 – C22 – C21 118.6(5) O3P – O4P' - Cl1 63.9(9)

Tabela 24. Parâmetros de deslocamento anisotrópico (A2.103) para o complexo

[FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O. O fator de deslocamento anisotrópico é

calculado da seguinte maneira: -2π2[h2a*2U11+ ... +2hka*b*U12].

U11 U22 U33 U23 U13 U12 Fe1 35(1) 37(1) 32(1) -1(1) 14(1) -1(1) Co1 38(1) 48(1) 32(1) 3(1) 13(1) -3(1) O1 35(2) 46(2) 33(2) 1(2) 14(2) 6(2) N1 35(2) 36(2) 39(2) -2(2) 17(2) -1(2) C2 47(3) 32(3) 52(3) -2(2) 26(3) 2(2) C3 33(3) 55(3) 38(3) -3(2) 9(2) -12(2) N4 40(2) 54(3) 39(2) 9(2) 17(2) -5(2) C11 40(3) 37(3) 42(3) -3(2) 20(2) -3(2) C12 38(3) 44(3) 28(2) -4(2) 15(2) 5(2) C13 40(3) 48(3) 29(3) 1(2) 11(2) 1(2) C14 40(3) 53(4) 46(3) -5(3) 17(3) -2(3) C15 45(3) 49(3) 45(3) -4(3) 19(3) 8(3) C16 48(3) 38(3) 54(3) -3(3) 24(3) 8(3) C5 45(3) 48(4) 97(5) -9(4) 22(3) 5(3) O20 50(2) 45(2) 51(2) -2(2) 34(2) -2(2) C20 46(3) 34(3) 56(3) -4(3) 26(3) -12(2) C21 32(3) 50(3) 39(3) 2(2) 12(2) -3(2) C22 31(3) 52(3) 32(3) 7(2) 12(2) 3(2) C23 42(3) 61(4) 44(3) 7(3) 17(3) 7(3) C24 47(3) 90(5) 54(4) 12(3) 31(3) 7(3) C25 56(4) 72(5) 80(5) 20(4) 44(4) 3(3) C26 49(4) 62(4) 67(4) 13(3) 30(3) 0(3) C30 38(3) 47(3) 38(3) 7(2) 12(2) 6(2) C31 36(3) 46(3) 32(3) -2(2) 13(2) 2(2) N32 39(2) 42(2) 31(2) -1(2) 15(2) 0(2) C33 49(3) 36(3) 46(3) -6(2) 15(3) -8(3) C34 46(3) 53(4) 64(4) -17(3) 17(3) -14(3) C35 36(3) 81(5) 57(4) -5(4) 7(3) -9(3) C36 43(3) 59(4) 45(3) 6(3) 20(3) 7(3) C40 47(3) 71(4) 43(3) 5(3) 26(3) 0(3) C41 50(3) 69(4) 36(3) -4(3) 24(3) -2(3) N42 46(3) 61(3) 35(2) -7(2) 18(2) -6(2)

150

C43 57(4) 63(4) 55(4) -10(3) 20(3) -7(3) C44 82(6) 62(5) 91(6) -26(4) 31(5) -17(4) C45 93(6) 67(5) 101(6) -25(5) 48(5) 8(5) C46 64(4) 86(5) 59(4) -16(4) 31(4) 3(4) C50 49(3) 64(4) 49(3) 10(3) 11(3) -14(3) C51 49(3) 54(4) 38(3) 7(3) 14(3) 3(3) N52 45(3) 55(3) 31(2) -1(2) 12(2) -4(2) C53 51(3) 58(4) 41(3) 1(3) 13(3) 3(3) C54 63(4) 67(4) 38(3) 14(3) 10(3) 12(3) C55 84(5) 62(4) 56(4) 18(3) 33(4) 7(4) C56 68(4) 63(4) 48(3) 18(3) 26(3) -4(3) O61 41(2) 67(3) 46(2) -5(2) 16(2) -13(2) O62 38(2) 86(3) 44(2) 5(2) 14(2) -4(2) C63 35(3) 73(4) 44(3) -10(3) 17(3) -9(3) C64 46(4) 232(12) 56(4) 14(6) 5(4) -45(6) O71 53(2) 42(2) 51(2) 1(2) 27(2) 5(2) O72 85(3) 43(2) 48(2) 2(2) 30(2) 0(2) C73 38(3) 39(3) 41(3) 4(3) 5(2) 1(2) C74 73(4) 38(3) 59(4) -3(3) 17(3) -6(3) Cl1 109(2) 59(1) 58(1) 4(1) 35(1) 2(1) O1P 150(6) 57(3) 122(5) 9(3) 42(5) 5(3) O2P 196(7) 80(4) 81(4) 1(3) 65(5) -32(4) O3P 77(8) 183(11) 71(6) 14(7) -4(6) -49(8) O3P' 150(2) 138(18) 180(2) 92(16) -8(17) -59(16) O4P 53(6) 283(16) 136(11) -50(11) 41(7) 42(8) O4P' 240(2) 240(2) 125(17) 16(16) 154(17) 20(2)


isotrópico (A2 x 103) para o complexo [FeIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4 . 0,25 H2O.

x y z U(eq) H2A 7453 4092 310 51 H2B 7948 3259 974 51 H3A 6470 -962 736 53 H3B 5806 -637 931 53 H14 5138 1168 390 56 H16 6130 4052 -45 55 H5A 4811 4161 -428 101 H5B 4535 3466 75 101 H5C 4400 2876 -661 101 H20A 8944 3283 642 53 H20B 8443 4139 -6 53 H23 9588 309 -755 59 H24 10167 1749 -1160 73 H25 9948 3837 -1104 78 H26 9266 4478 -509 69 H30A 7594 2516 -1023 51 H30B 7032 3326 -850 51 H33 6876 -1321 -450 55 H34 5634 -1329 -1311 68 H35 5092 513 -1917 76 H36 5837 2288 -1641 59 H40A 6789 95 2673 62

151

H40B 6092 534 1964 62 H43 8609 2695 2522 72 H44 8082 4555 2571 97 H45 6819 4610 2379 102 H46 6143 2768 2166 82 H50A 6858 -2314 1688 69 H50B 6428 -1864 2126 69 H53 9288 -1023 3462 63 H54 9398 -2451 4329 73 H55 8337 -3580 4185 80 H56 7190 -3238 3182 71 H64A 10444 1606 2052 177 H64B 10567 475 2565 177 H4C 10336 1769 2749 177 H74A 8194 -3311 246 92 H74B 7605 -3596 545 92 H74C 8481 -3762 1042 92

152

C34

C35

C74

C33

C36

C73

N32

O71

C3

C50

C31

O72

C56

C23

O20

C13

C51

N4

C14

Ga1

C24

C22

C30

C55

O1

C12

N52

C15

Co1

C40

C5

C25

N1

C21

C54

C11

C16

C53

O61

C26

O62

C20

C2C41

C63

N42

C46

C64

C43

C45

C44

Figura 49. ORTEP do Cátion Complexo [GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]+. Tabela 26. Dados cristalográficos do complexo [GaIIICoIIBPBPMP(OAc)2]ClO4 . H2O

Fórmula empírica C38H41ClCoGaN5O11 Massa molar (g.mol-1) 907,86 Temperatura (K) 193(2) K Comprimento de onda (Å) 0,71069 Sistema cristalino, grupo espacial Monoclínico, P21/n

Parâmetros de Cela Unitária a = 12,651(2) Å α = 90º b = 18,191(4) Å β = 93,74(2)o c = 16,857(6) Å γ = 90º

Volume Å3 3871,1(17) Z, Densidade calculada (g/cm3) 4; 1,558 Coeficiente de absorção mm-1 1,261 F(000) 1868 Dimensões do cristal (mm) 0,50 x 0,50 x 0,16 Intervalo de θ 2,42 a 25,07 o Intervalo dos índices h, k, l -15 ≤ h ≤ 15, -21 ≤ k ≤ 0, -20 ≤ l ≤ 24 Reflexões coletadas / únicas 7101 / 6857 Rint=0,0247 Correção de absorção Psi-scan Máx. e mín. de transmissão 0,9772 e 0,6993

Método de refinamento Mínimos-quadrados com matriz completa em F2

Dados / restrições / parâmetros 6857 / 113 / 535 Goodness-of-fit on F2 1,043 Índice R final [I>2σ(I)] R = 0,0383Rw = 0,0853 Índices R (todos os dados) R = 0,0905Rw = 0,0991 Densidade eletrônica residual (e.Å-3) 0,407 e -0,393

153


isotrópicos (A2 x 103) para [GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. H2O, onde U(eq) é

definido como 1/3 do traço do tensor ortogonalizado Uij.

x y z U(eq) Co(1) 1599(1) 1696(1) 8119(1) 25(1) Ga(1) 2975(1) 1463(1) 9961(1) 26(1) O(1) 1857(2) 1973(1) 9296(2) 25(1) O(20) 4057(2) 960(2) 10585(2) 41(1) N(1) 1967(2) 1453(2) 10935(2) 26(1) C(2) 842(3) 1592(2) 10651(2) 31(1) C(3) 1642(3) 3328(2) 8464(3) 33(1) N(4) 1238(3) 2831(2) 7814(2) 29(1) C(11) 684(3) 2333(2) 10272(2) 29(1) C(12) 1222(3) 2493(2) 9597(2) 26(1) C(13) 1093(3) 3173(2) 9215(2) 30(1) C(14) 412(3) 3685(2) 9535(3) 37(1) C(15) -132(3) 3542(3) 10200(3) 39(1) C(16) 13(3) 2866(3) 10565(3) 37(1) C(5) -873(4) 4116(3) 10512(3) 56(2) C(20) 2025(3) 707(2) 11312(2) 34(1) C(21) 3108(3) 503(2) 11673(2) 31(1) C(22) 4037(3) 615(2) 11275(2) 33(1) C(23) 5001(3) 342(2) 11630(3) 38(1) C(24) 5033(4) -3(2) 12357(3) 45(1) C(25) 4131(4) -86(3) 12760(3) 52(1) C(26) 3177(4) 166(3) 12415(3) 45(1) C(30) 2330(3) 2015(2) 11526(2) 30(1) C(31) 2824(3) 2665(2) 11141(2) 29(1) N(32) 3309(2) 2516(2) 10472(2) 28(1) C(33) 3762(3) 3069(2) 10097(3) 35(1) C(34) 3776(4) 3778(3) 10380(3) 45(1) C(35) 3311(4) 3922(3) 11079(3) 50(1) C(36) 2820(4) 3362(2) 11457(3) 39(1) C(40) 75(3) 2911(2) 7657(2) 31(1) C(41) -532(3) 2377(2) 8141(2) 27(1) N(42) -91(2) 1705(2) 8245(2) 26(1) C(43) -639(3) 1181(2) 8596(2) 32(1) C(44) -1623(3) 1309(3) 8871(3) 37(1) C(45) -2050(3) 2001(3) 8800(2) 34(1) C(46) -1505(3) 2547(2) 8427(2) 31(1) C(50) 1792(3) 2959(2) 7077(2) 36(1) C(51) 1632(3) 2312(2) 6522(2) 32(1) N(52) 1521(2) 1657(2) 6874(2) 30(1) C(53) 1394(3) 1048(2) 6424(2) 35(1) C(54) 1380(3) 1080(3) 5612(2) 40(1) C(55) 1493(4) 1750(3) 5249(3) 46(1) C(56) 1613(3) 2377(3) 5702(2) 40(1) O(61) 2403(2) 495(2) 9591(2) 35(1) O(62) 1767(2) 605(2) 8326(2) 35(1) C(63) 1975(3) 246(2) 8938(2) 28(1)

154

C(64) 1683(4) -555(2) 8943(3) 45(1) O(71) 4035(2) 1596(2) 9197(2) 35(1) O(72) 3232(2) 1823(2) 8000(2) 36(1) C(73) 4028(3) 1747(2) 8458(2) 28(1) C(74) 5105(3) 1845(3) 8140(3) 37(1) O(1W) 6162(2) 910(2) 9869(2) 50(1) Cl(1) 5224(1) 4120(1) 8204(1) 45(1) O(1P) 5253(3) 4710(2) 7664(2) 63(1) O(2P) 6157(3) 3689(2) 8218(3) 79(1) O(3P) 4303(5) 3726(5) 8190(6) 83(3) O(3P') 4544(14) 3593(7) 7670(14) 139(9) O(4P) 5304(7) 4509(4) 8981(3) 60(3) O(4P') 4738(17) 4182(13) 8859(9) 150(9)


[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. H2O.

Co1 – O62 2.022(3) C30 – C31 1.504(6) Co1 – O1 2.052(3) C31 – N32 1.345(5) Co1 – N52 2.096(3) C31 – C36 1.374(6) Co1 – O72 2.101(3) N32 – C33 1.337(5) Co1 – N42 2.162(3) C33 – C34 1.375(6) Co1 – N4 2.170(3) C34 – C35 1.376(6) Co1 – Ga1 3.4840(13) C35 – C36 1.372(6) Ga1 – O20 1.906(3) C40 – C41 1.509(5) Ga1 – O71 1.934(3) C41 – N42 1.351(5) Ga1 – O1 1.977(3) C41 – C46 1.386(5) Ga1 – O61 1.988(3) N42 – C43 1.339(5) Ga1 – N32 2.132(3) C43 – C44 1.377(6) Ga1 – N1 2.143(3) C44 – C45 1.371(6) O1 – C12 1.360(4) C45 – C46 1.384(6) O20 – C22 1.323(5) C50 – C51 1.510(6) N1 – C30 1.480(5) C51 – N52 1.343(5) N1 – C2 1.494(5) C51 – C56 1.386(6) N1 – C20 1.499(5) N52 – C53 1.346(5) C2 – C11 1.499(6) C53 – C54 1.369(6) C3 – N4 1.486(5) C54 – C55 1.375(7) C3 – C13 1.509(6) C55 – C56 1.376(6) N4 – C50 1.483(5) O61 – C63 1.277(5) N4 – C40 1.485(5) O62 – C63 1.235(5) C11 – C12 1.393(5) C63 – C64 1.503(6) C11 – C16 1.401(6) O71 – C73 1.275(5) C12 – C13 1.400(6) O72 – C73 1.237(5) C13 – C14 1.400(6) C73 – C74 1.507(5) C14 – C15 1.378(6) Cl1 – O4P 1.302(9) C15 – C16 1.381(6) Cl1 – O3P 1.367(6) C15 – C5 1.520(6) Cl1 – O1P 1.409(3) C20 – C21 1.509(6) Cl1 – O2P 1.417(4) C21 – C26 1.391(6) Cl1 – O4P 1.486(5) C21 – C22 1.406(6) Cl1 – O3P' 1.538(11) C22 – C23 1.413(6) O3P – O3P' 0.98(2)

155

C23 – C24 1.376(6) O3P – O4P' 1.48(2) C24 – C25 1.374(7) O4P – O4P' 0.94(3) C25 – C26 1.383(7) C25 – C24 – C23 120.9(4) O62 – Co1 – O1 93.84(11) C24 – C25 – C26 119.1(4) O62 – Co1 – N52 97.86(12) C25 – C26 – C21 121.8(5) O1 – Co1 – N52 165.99(12) N1 – C30 – C31 111.8(3) O62 – Co1 – O72 91.81(12) N32 – C31 – C36 121.6(4) O1 – Co1 – O72 88.29(10) N32 – C31 – C30 115.4(3) N52 – Co1 – O72 83.70(12) C36 – C31 – C30 123.0(4) O62 – Co1 – N42 94.85(12) C33 – N32 – C31 118.6(4) O1 – Co1 – N42 89.96(11) C33 – N32 – Ga1 124.3(3) N52 – Co1 – N42 96.66(12) C31 – N32 – Ga1 115.5(3) O72 – Co1 – N42 173.22(12) N32 – C33 – C34 122.5(4) O62 – Co1 – N4 172.90(12) C33 – C34 – C35 118.6(4) O1 – Co1 – N4 90.73(11) C36 – C35 – C34 119.2(4) N52 – Co1 – N4 78.39(13) C35 – C36 – C31 119.4(4) O72 – Co1 – N4 93.75(12) N4 – C40 – C41 112.0(3) N42 – Co1 – N4 79.72(12) N42 – C41 – C46 121.7(4) O20 – Ga1 – O71 85.58(12) N42 – C41 – C40 115.6(3) O20 – Ga1 – O1 178.93(12) C46 – C41 – C40 122.6(4) O71 – Ga1 – O1 93.74(11) C43 – N42 – C41 118.7(3) O20 – Ga1 – O61 88.97(13) C43 – N42 – Co1 125.6(3) O71 – Ga1 – O61 98.98(12) C41 – N42 – Co1 113.4(2) O1 – Ga1 – O61 90.33(11) N42 – C43 – C44 122.3(4) O20 – Ga1 – N32 95.29(13) C45 – C44 – C43 119.0(4) O71 – Ga1 – N32 91.63(12) C44 – C45 – C46 119.6(4) O1 – Ga1 – N32 85.55(11) C45 – C46 – C41 118.6(4) O61 – Ga1 – N32 168.85(12) N4 – C50 – C51 110.2(3) O20 – Ga1 – N1 90.87(12) N52 – C51 – C56 121.4(4) O71 – Ga1 – N1 169.69(12) N52 – C51 – C50 115.6(4) O1 – Ga1 – N1 89.94(11) C56 – C51 – C50 123.0(4) O61 – Ga1 – N1 90.62(12) C51 – N52 –C53 119.5(3) N32 – Ga1 – N1 79.04(12) C51 – N52 – Co1 114.4(3) C12 – O1 – Ga1 122.2(2) C53 – N52 – Co1 126.1(3) C12 – O1 – Co1 118.1(2) N52 – C53 – C54 121.5(4) Ga1 – O1 – Co1 119.67(12) C53 – C54 – C55 119.2(4) C22 – O20 – Ga1 131.2(3) C54 – C55 – C56 119.9(4) C30 – N1 – C2 110.2(3) C55 – C56 – C51 118.5(4) C30 – N1 – C20 109.6(3) C63 – O61 – Ga1 135.2(3) C2 - N1 – C20 107.9(3) C63 – O62 – Co1 132.6(3) C30 – N1 – Ga1 109.7(2) O62 – C63 – O61 125.9(4) C2 – N1 – Ga1 110.8(2) O62 – C63 – C64 118.5(4) C20 – N1 – Ga1 108.5(2) O61 – C63 – C64 115.5(4) N1 – C2 – C11 112.7(3) C73 – O71 – Ga1 135.7(3) N4 – C3 – C13 110.5(3) C73 – O72 – Co1 133.9(3) C50 – N4 – C40 110.6(3) O72 – C73 – O71 126.0(4) C50 – N4 – C3 111.3(3) O72 – C73 – C74 118.9(4) C40 – N4 – C3 111.1(3) O71 – C73 – C74 115.1(4) C50 – N4 – Co1 104.2(2) O4P' – Cl1 – O3P 67.1(11) C40 – N4 – Co1 109.0(2) O4P' – Cl1 – O1P 121.1(8) C3 – N4 – Co1 110.3(2) O3P – Cl1 – O1P 116.5(4)

156

C12 – C11 – C16 118.8(4) O4P' – Cl1 – O2P 118.2(7) C12 – C11 – C2 118.5(3) O3P – Cl1 – O2P 114.8(4) C16 – C11 – C2 122.6(4) O1P – Cl1 – O2P 112.0(2) O1 – C12 – C11 119.5(4) O4P' – Cl1 – O4P 38.9(11) O1 – C12 – C13 119.7(3) O3P – Cl1 – O4P 105.9(4) C11 – C12 – C13 120.8(4) O1P – Cl1 – O4P 101.8(3) C12 – C13 – C14 117.8(4) O2P – Cl1 – O4P 103.9(4) C12 – C13 – C3 120.4(4) O4P' – Cl1 – O3P' 105.8(7) C14 – C13 – C3 121.8(4) O3P – Cl1 – O3P' 38.7(8) C15 – C14 – C13 122.7(4) O1P – Cl1 – O3P' 97.7(6) C14 – C15 – C16 118.1(4) O2P – Cl1 – O3P' 95.6(8) C14 – C15 – C5 120.3(5) O4P – Cl1 – O3P' 144.6(9) C16 – C15 – C5 121.6(4) O3P' – O3P – Cl1 80.2(8) C15 – C16 – C11 121.7(4) O3P' – O3P – O4P' 134.5(9) N1 – C20 – C21 114.3(3) Cl1 – O3P – O4P' 54.4(5) C26 – C21 – C22 119.2(4) O3P – O3P' – Cl1 61.1(7) C26 – C21 – C20 118.3(4) O4P' – O4P – Cl1 60.0(7) C22 – C21 – C20 122.5(4) O4P – O4P' – Cl1 81.2(10) O20 – C22 – C21 123.6(4) O4P – O4P' – O3P 139.6(9) O20 – C22 – C23 118.3(4) Cl1 – O4P' – O3P 58.5(8) C21 – C22 – C23 118.2(4) C24 – C23 – C22 120.9(4)

Tabela 29. Parâmetros de deslocamento anisotrópico (A2 x 103) para o complexo

[GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4. H2O. O fator de deslocamento anisotrópico é

calculado da seguinte maneira: -2 π2[ h2 a*2 U11 + ... + 2 h k a* b* U12 ]

U11 U22 U33 U23 U13 U12 Co1 26(1) 25(1) 23(1) 2(1) -1(1) -2(1) Ga1 25(1) 32(1) 22(1) -3(1) -1(1) 1(1) O1 24(1) 25(2) 26(1) -2(1) -1(1) 4(1) O20 34(2) 60(2) 28(2) 7(2) -2(1) 10(2) N1 27(2) 29(2) 23(2) -2(2) 1(1) -4(2) C2 22(2) 43(3) 28(2) -3(2) 5(2) -3(2) C3 36(2) 21(2) 42(3) -2(2) 2(2) -5(2) N4 31(2) 27(2) 30(2) 2(2) 1(2) -1(2) C11 19(2) 38(3) 29(2) -5(2) 0(2) -4(2) C12 20(2) 27(2) 29(2) -8(2) -5(2) -1(2) C13 27(2) 29(2) 34(2) -7(2) -2(2) -1(2) C14 37(2) 25(2) 49(3) -12(2) -5(2) 1(2) C15 28(2) 39(3) 49(3) -24(2) -2(2) 1(2) C16 25(2) 47(3) 39(3) -12(2) 2(2) -4(2) C5 41(3) 52(3) 76(4) -25(3) 7(3) 11(2) C20 43(3) 32(3) 27(2) 2(2) 6(2) -8(2) C21 42(3) 25(2) 26(2) -2(2) -4(2) -3(2) C22 41(3) 28(2) 29(2) -5(2) -1(2) -1(2) C23 38(3) 31(3) 42(3) -6(2) -9(2) 0(2) C24 55(3) 28(3) 50(3) 6(2) -14(3) 7(2) C25 72(4) 40(3) 41(3) 16(2) -7(3) 3(3) C26 56(3) 35(3) 45(3) 4(2) 2(2) -1(2) C30 31(2) 34(2) 24(2) -5(2) 3(2) 1(2) C31 24(2) 36(3) 26(2) -7(2) -3(2) 0(2)

157

N32 26(2) 35(2) 23(2) -5(2) -4(2) -8(2) C33 28(2) 42(3) 36(2) -5(2) 6(2) -10(2) C34 47(3) 35(3) 52(3) 2(2) 6(2) -14(2) C35 59(3) 36(3) 56(3) -14(3) 8(3) -7(2) C36 43(3) 38(3) 36(3) -9(2) 6(2) -5(2) C40 33(2) 29(2) 31(2) 5(2) 0(2) 3(2) C41 27(2) 30(2) 22(2) -3(2) -5(2) -3(2) N42 26(2) 26(2) 27(2) 2(2) -2(1) -4(2) C43 34(2) 28(2) 33(2) 0(2) -2(2) -4(2) C44 35(2) 40(3) 37(3) 0(2) 1(2) -9(2) C45 23(2) 52(3) 27(2) -10(2) 2(2) -2(2) C46 33(2) 36(3) 22(2) -5(2) -7(2) 2(2) C50 38(2) 32(3) 38(3) 12(2) 7(2) -3(2) C51 26(2) 37(3) 34(2) 9(2) 5(2) -2(2) N52 26(2) 37(2) 26(2) 2(2) -2(1) -3(2) C53 38(2) 36(3) 30(2) 0(2) -1(2) -4(2) C54 39(3) 55(3) 27(2) -12(2) -1(2) -9(2) C55 48(3) 61(4) 29(2) 3(2) 4(2) -6(3) C56 44(3) 49(3) 27(2) 13(2) 3(2) -7(2) O61 46(2) 26(2) 31(2) -1(1) -7(1) 2(1) O62 49(2) 27(2) 28(2) 1(1) -7(1) 2(1) C63 25(2) 27(2) 32(2) -4(2) -2(2) 2(2) C64 53(3) 31(3) 51(3) 1(2) -7(2) -1(2) O71 26(2) 51(2) 27(2) 0(1) 3(1) 4(1) O72 28(2) 52(2) 27(2) 1(1) 2(1) -2(1) C73 32(2) 24(2) 29(2) -4(2) 7(2) 0(2) C74 30(2) 43(3) 41(3) 4(2) 9(2) -2(2) O1W 34(2) 52(2) 65(2) -8(2) -1(2) 8(2) Cl1 46(1) 50(1) 40(1) 12(1) 5(1) -2(1) O1P 72(3) 64(3) 55(2) 23(2) 19(2) 17(2) O2P 72(3) 74(3) 93(3) 30(2) 22(2) 23(2) O3P 59(4) 105(7) 84(7) -11(5) 8(4) -42(4) O3P' 181(17) 54(9) 165(19) 30(11) -114(14) -34(10) O4P 100(6) 56(5) 24(3) -5(3) -1(3) -9(4) O4P' 164(18) 210(2) 92(13) 51(13) 98(13) 49(15)


isotrópico (A2 x 103) para [GaIIICoII(BPBPMP)(μ-OAc)2]ClO4.0,25 H2O.

x y z U(eq) H2A 390 1554 11107 37 H2B 611 1208 10262 37 H3A 1517 3845 8303 40 H3B 2414 3256 8565 40 H14 322 4150 9283 45 H16 -352 2761 11026 44 H5A -1197 3923 10982 85 H5B -1429 4232 10099 85 H5C -472 4562 10656 85 H20A 1803 336 10905 40 H20B 1514 687 11732 40 H23 5635 398 11364 45 H24 5688 -187 12584 54

158

H25 4162 -313 13269 62 H26 2553 109 12693 54 H30A 2854 1793 11917 35 H30B 1719 2184 11817 35 H33 4088 2968 9616 43 H34 4099 4160 10098 53 H35 3331 4403 11297 60 H36 2481 3454 11933 47 H40A -112 2827 7085 37 H40B -135 3419 7786 37 H43 -339 704 8657 38 H44 -2002 924 9107 45 H45 -2715 2104 9006 41 H46 -1791 3028 8368 37 H50A 2558 3031 7213 43 H50B 1512 3410 6811 43 H53 1313 586 6675 41 H54 1293 645 5303 49 H55 1487 1780 4686 55 H56 1682 2844 5459 48 H64A 1112 -632 9300 68 H64B 2302 -846 9128 68 H64C 1443 -709 8404 68 H74A 5053 1774 7563 56 H74B 5598 1483 8387 56 H74C 5366 2342 8264 56 H1WA 5478 1028 9921 61 H1WB 6538 539 10009 61

Tabela 31. Ligações de Hidrogênio (Å) e ângulos (º) para [GaIIICoII(BPBPMP)

(μ-OAc)2]ClO4 . H2O.

D-H...A d(D-H) d(H...A) d(D...A) <(DHA) O1W – H1WA ... O20 0.90 2.18 2.996(4) 149.9 O1W – H1WA ... O71 0.90 2.37 3.112(4) 140.0 O1W – H1WB ... O61#1 0.85 2.38 3.232(4) 179.6 Symmetry transformations used to generate equivalent atoms: #1 -x+1,-y,-z+2

0-200 -400 -600- 800-1000051015 E (mV )

NOVOS COMPLEXOS BINUCLEARES NÃO-SIMÉTRICOS DE …

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